1 Begriffe zur Ökologie
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Ökologie Allgemeiner Teil Allgemeiner Teil # Beschreibe Ursachen und Wirkungen von Populationsdichten # Diskutiere Probleme der Luft-, Gewässer- und Bodenverschmutzung Übergreiffender Teilt # Kohlenstoff auf unserem Planeten (organische Moleküle, Verbrennungsreaktionen, Kohlenstoffkreislauf, Treibhauseffekt, Energietransfer...). Siehe ZF PW # Sauerstoff auf unserem Planeten (Ursprung, seine Rolle bei Lebewesen, Verbrennungsreaktionen, Ozon ...). Siehe ZF MH # Stickstoff auf unserem Planeten (Stickstoffverbindungen, Düngemittel, Nahrungskette, Bakterien, Proteine, Verdauung, Synthese...). Siehe ZF EI # Das Wasser, seine Eigenschaften, seine Bedeutung für Lebewesen (verschiedene Zustände, Kreislauf, Lösungsmittel, Wärmeregulator, Osmose, Transport, pH...). Siehe ZF MM # Anpassung von Individuen und Arten an die Umwelt (biotische und abiotische Faktoren). Siehe ZF AW Ökologie # Auswirkungen der biologischen Abbaubarkeit von Molekülen (Phosphate, FCKW, Kunststoffe, Erdöllager...). Siehe ZF AW Von Aeneas Wiener Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 1 Begriffe zur Ökologie Biotop: Abgegrenzter Lebensraum, in dem ein Lebewesen wohnt. Biozynose: Zusammenspiel zwischen Pflanzen und Tieren im Biotop. Biozynose ist der Überbegriff für verschiedene Beziehungen zwischen Tieren: Parasit (nur einer profitiert), Symbiose (beide profitieren), Räuber-Beutebeziehung. Ökosystem: Zusammenspiel zwischen Biozynose und Biotop. abiotische (Regen) und biotische (andere Lebewesen) Faktoren, Biozynose. Symbiose: enges Zusammenleben zweier Organismen zum gegenseitigen Nutzen z. B. Alge und Pilz in Flechten. Beispiel: Knöllchenbakterien an Pflanzenwurzeln dienen zur Stickstofffixierung (Sie ernähren sich von den Kohlenhydraten der Pflanze und stellen ihr Ammoniak zur Verfügung). Weiteres Bsp.: Mykorrhiza-Pilze versorgen die Bäume mit Wasser und Mineralsalzen, dafür erhalten Sie Glucose. Parasitismus: eines Organismus unter einseitiger Ausnutzung eines anderen, z.B. Bandwurm. Beispiel: Der „gemeine Fischegel“ packt sich einen Fisch und saugt ernährt sich von seinem Blut. Dem Fisch kann weiterleben, profitiert aber nicht vom Parasiten. Ökologische Nische: Unter der ö. N. versteht man die Summe aller Umweltfaktoren (biotisch und abiotisch), die einer Tier- oder Pflanzenart das Dasein bzw. das Überleben ermöglichen Habitat: Unter dem Begriff H. versteht man den Lebensraum (auch: „Wohnstätte“) einer Art. Revier: Bezirk, Gebiet, in dem sich ein Tier bewegt. Klimax: Stabiler Zustand, in dem alle Entwicklungen im ihr Maximum erreicht haben. Menschen sind noch lange nicht bei der Klimax angelangt, viele Gebiete sind noch immer im exponentiellen Wachstum. Sukzession: Der Weg, der von der Katastrophe oder von der natürliche Rückbildung, welche auf die Klimax folgt, über die Pionierpflanzen zu einer neuen Klimax führt. Pionierpflanzen sind auf kurzfristigen Erfolg ausgelegt, über einen längeren Zeitraum können sie selten bestehen, sie werden bald von langlebigeren Arten (Sträucher / Bäume) verdrängt. Die Klimax ist dann das Gleichgewicht im Ökosystem, dort verändert sich nicht mehr viel. RGT-Regel: relevant für den abiotischen Faktor Wärme. Eine Temperaturerhöhung von 10 Grad erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit um das zwei- bis vierfache. Homoiotherm / Poikilotherm: Poikilotherm sind Wechselwarm von griechisch = wechselnd. 2 Populationsgenetik Stenög / Eunög: Wenn ein Lebewesen bezüglich eines Umweltfaktors stenög ist, so kann es bezüglich dieses Faktors nur kleine Änderungen ertragen. Eunög dementsprechend grosse Änderungen. Die ökologische Potenz kann Stenög oder Eunög sein. Toleranzbereich: Jedes Lebewesen hat einen bestimmten Toleranzbereich für die Umweltbedinungen wie Wärme oder pH, in dem es überlebt. tur für ein Lebewesen ist und wird durch eine sog. Temperaturorgel bestimmt. Präferenzbereich: Der Präferenzbereich gibt an, welches die optimale Tempera einer ökologischen Nische bestehen, wie es genug Ressourcen für beide hat. Konkurrenz-Ausschluss-Prinzip: zwei Arten können nur solange nebeinaner in 2 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 2.1 Gesetze von Volterra 1. Volterra-Gesetz: Die Größen von Räuber- und Beutepopulation schwanken, bei ansonsten gleichbleibenden Umweltbedingungen, periodisch. Die Maxima der Kurven sind phasenverschoben. 2. Volterra-Gesetz: Die Durchschnittsgrößen der beiden Populationen schwanken, bei ansonsten gleichbleibenden Umweltbedingungen, um einen Mittelwert. 3. Volterra-Gesetz: Wird durch einen äußeren Einfluss die Zahl von Räuber und Beute gleichermaßen dezimiert, so erholt sich die Beutepopulation danach rascher als die Räuberpopulation. 2.2 Wachstum Populationen wachsen in der Theorie exponentiell, doch in der Praxis wird das Wachstum stets von dichtebegrenzenden Faktoren beschränkt. Dann oszilliert die Populationsdichte um den Maximalwert. 2.3 Dichtebegrenzende Faktoren Hierbei wird zwischen dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren unterschieden. Dichteabhängige Faktoren sind z.B.: Verhältnis zwischen Nahrung und den Tieren die sie fressen. Wenn zu viele Tiere sich von der gleichen Nahrungsquelle ernähren, kann sich diese nicht mehr schnell genug erholen. Sozialer Stress der mit ansteigender Populationsdichte zunimmt. Ansteckende Krankheiten (Infektionskrankheiten), sie betreffen umso mehr Tiere je grösser die Population. Je dichter die Population, desto schneller breiten sich die Inektionskrankheiten aus. 3 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 Daneben gibt es aber auch die die von der Populationsdichte unabhängigen Faktoren. Wetter und Witterung. Nichtansteckende Krankheiten befallen Tiere gleich häufig unabhängig von der Populationsdichte. Katastrophen. 3 Nahrungskette 3.1 Energie Jedes Glied in der Nahrungskette kann wieder nur 1/10 der Energie verwerten. Pflanzen können nur 1.2Prozent der sie umgebenden Energie aufnehmen. 3.2 Schadstoffe Da ein Tier das spät in der Nahrungskette ist sehr viele Tiere essen muss, um seinen Energiebedarf decken zu können, nimmt es auch unverhältnismässig viel Gift auf, da er dieses komplett aufnimmt und meist nicht gut abbauen kann. (Ein alter Hecht hat in seinem Leben extrem viel Giftstoffe durch kleine Fische aufgenommen). 3.3 Schema der Nahrungskette Produzent Baut aus CO2, Licht und Mineralstoffen organische Substanzen auf. Produzenten sind Pflanzen. Konsument Es kann auch mehrere hintereinander geschaltete Konsumenten geben. Konsumenten sind Fleisch und Pflanzenfresser. Sie produzieren CO2, das sofort wieder den Produzenten für die Photosynthese zur Verfügung gestellt wird. Ein Konsument kann entweder gefressen werden oder er wird von einem Destruent abgebaut. Auch die Exkremente werden durch Destruenten zersetzt. Destruenten 4 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 Sie zersetzen tote Konsumenten, tote Produzenten, Exkremente yyund tote Pflanzen. Sie produzieren CO2, das den Produzenten zur Verfügung gestellt wird. Produzieren Mineralstoffe für die Produzenten. 4 Kohlenstoffkreislauf 4.1 Äusserer Kohlenstoffkr eislauf Ist eigentlich fast nur ein Kohlenstoffdioxidkreislauf. Er ist in der Natur geschlossen, die Einzelschritte sind wie folgt: Zwischen Tieren und Pflanzen CO2 wird von Pflanzen aus der Luft aufgenommen (Assimilation), es entsteht Zucker und Sauerstoff (Photosynthese): 6CO2 6H 2O C6 H12O6 6O2 Das freigewordene O2 wird von Tieren und Menschen eingeatmet und zur Verbrennung von Zucker genutzt (Zellatmung / Respiration): C6 H12O6 6O2 6H 2O 6CO2 Verbrennung Bei der Verbrennung von Erdöl, Erdgas, Kohle oder Holz wird CO2 in die Luft freigesetzt: CH 4 2O2 CO2 2 H 2O . Kalk CO2 und Wasser verbin den sich zu Kohlensäure (saurer Regen): CO2 H 2O H 2CO3 Der Saure regen fliesst über Kalk und löst diesen zu Caltiumhydrogencarbonat auf: CaCO3 H 2CO3 Ca 2 2 HCO3 Ca HCO3 2 Das Caltiumhydrogencarbonat wird über das Grundwasser weggeschwemmt (hartes Wasser), wenn es verdunstet bildet sich wieder Kalk und Kohlensäure (zerfällt zu CO2 und Wasser). Dies passiert in Tropfsteinhöhlen und in Wasserleitungen. Die Meerestiere bauen sich aus dem harten Wasser (Caltiumhydrogencarbonat) ihre Kalkhäuschen und geben dabei die Kohlensäure (CO2 und Wasser) wieder an die Umgebung ab. Die Meerestiere lagern sich über die Jahrtausende ab und bilden Kalkgebirge. 4.2 Innerer Kohlenstoffkreislauf (im Menschen) Menschen können den Kohlenstoff nicht wie Pflanzen aus der Luft aufnehmen, wir nehmen den Kohlenstoff mit der Nahrung (Kohlenhydrate) auf. Die Amylase zerkleinert das Stärkemolekül im Bund zu Zuckerteilchen. Im Darm wird der Zucker ins Blut aufgenommen und gelangt in die Leber. 5 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 In den Leberzellen werden die Glucosemoleküle im Zellplasma gegärt und damit noch mal zu kleineren Molekülen verarbeitet. In den Mitochondrien wird dann die Energie durch eine Verbrennung aus dem verkleinerten kohlenstoffreichen Molekül gewonnen. 5 Stickstoffkreislauf Alle Lebewesen brauchen Stickstoff (Aminosäuren, DNS, Vitamine). 99% alles verfügbaren Stickstoffs befinden sich in der Atmosphäre, nur 1 Prozent ist in den Organismen und im Boden. Da nur spezielle Bakterien den Stickstoff aus der Luft weiterverwenden können, ist das eine Prozent in Boden und Lebewesen vorhandener Stickstoff in einem ständigen Kreislauf. In der Biosphäre findet sich das eine Prozent Stickstoff im Boden, in lebenden und toten Tieren, in Steinen, in Pflanzen und im Wasser. 5.1 Stickstofffixierung Die Gewinnung von Stickstoff aus der Luft nennt man Stickstofffixierung, diese ist extrem Energieaufwändig und geschieht folgendermassen: Hitze Durch Blitze, Vulkane oder Feuer (liefern viel Energie) reagiert der Stickstoff mit Sauerstoff zu Stickoxiden. Die Stickoxide reagieren dann mit Wasser und Sauerstoff zu Salpetersäure (sauerer Regen): N 2 O2 2 NO Hitze 4 NO 2 H 2O 3O2 4 HNO3 Bakterien (Nitrifizierung) 6 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 Spezielle BaVkterien (Blaualgen, Knöllchenbakterien) können entweder frei oder in Symbiose mit einer Pflanze den Stickstoff aus der Luft zu Ammoniak reduzieren. Dieser Ammoniak wird entweder gleich selber gebraucht oder an die Wirtspflanze weitergegeben. Da Ammoniak mit Wasser zu Ammonium und OH-Minus-Ionen reagiert und der Pflanze das Amoniumion oft zu sauer ist, verwandelt sie es über die Zwischenstuffe (Nitrit) mit Hilfe von Bakterien zu Nitrat um (Oxidation): y Technisch Nach dem Haber-Bosch-Verfahren kann unter hohen Drücken und Temperaturen aus Stickstoff Ammoniak gewonnen werden, dieser wird für Düngermittel gebrauch. 5.2 Der Kreislauf schliesst sich Die Tiere führen das Nitrat durch Exkremente oder Kadaver wieder zurück in den Kreislauf. Das Nitrat wird von Bakterien und Pilzen zu Amonium umgewandelt und kann wider aufgenommen werden. 5.3 Denitrifizierung Der Nitrifizierung stehen ein paar Bakterien gegenüber, welche Nitrat anaerob veryxatmen können. Sie gewinnen dadurch Sauerstoff und setzen den nutzlosen Stickstoff in die Luft frei. Dieser Effekt beeinflusst den Stickstoffhaushalt in der Biosphäre jedoch nur unwesentlich. 5.4 Darstellung 7 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 6 Stoffkreislauf (Energie) Vom Sonnenlicht gelangt Energie über die Photosynthese in die Pflanzen und über diese in die Lebewesen. Die Photosynthese gelingt nur, wenn eine Pflanze die Atome CHNOSP hat (Kohlenstoff, Wasserstoff …). Das Ergibt die Basis der Nahrungspyramide, die Pflanzen (Produzenten). Diese Pflanzen werden von der nächsten Schicht, den Pflanzenfressern, gefressen (Konsumenten 1. Ordnung). Dann kommen die Räuber, Konsumenten 2. Ordnung, diese fressen Pflanzenfressen. Dann gibt es auch Oberräuber, sie fressen die Räuber und sind Konsumenten 3. Ordnung. Nahrungskette: Produzent: Baut organische Substanzen auf (Pflanzen). Er nährt sich durch das CO2 der Produzenten und Destruenten, durch die Sonne und durch das Wasser. Konsument: Frisst organische Substanzen, gibt CO2 ab und wird eventuell von einem weiteren Konsumenten, dem Destruenten: gefressen. Dieser kann auch die Ausscheidungen des Konsumenten oder abgestorbene Pflanzenteile oder Pflanzen fressen. Es werden bei jedem Übergang 90% der Energie verloren, es können also nur 10% in die nächste Stufe der Pyramide gelangen. Der Kreislauf wird geschlossen durch Destruenten, diese bauen die Abfälle grob ab. Destruenten sind z.B. Spinnen, Schnecken, div. Gliedertiere, Würmer, Unter dem Mikroskop sichtbar werden dann noch Reduzenten, sie können es zu anorganischen Material umwandeln. Am Schluss ist nur noch anorganisches Material da, es bildet den Dünger (CHNOSP), der eine Pflanze für die Photosynthese braucht. Diese Pyramide ist nach der Biomasse geordnet, wenn man sie nach der Individuenzahl ordnet kann sie auch umgekehrt aussehen oder eine ganz andere Form haben. Unten ist allerdings immer der Ausgangspunkt. 8 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 7 Umwelt(schäden) 7.1 Luftverschmutzung 7.1.1 Ozon Ozon wird in der Stratosphäre gebildet und wirkt dort als Abschirmung für die UF B und C Strahlung. Oberhalb der Ozonschicht ist eine O2 schickt, wenn das Sonnenlicht dort auftrifft bewirkt die darin enthaltene UV C Strahlung die Spaltung von Sauerstoffmolekülen zu Radikalen. Die Radikale reagieren mit Sauerstoffmolekülen zu Ozon. Das schwerere Ozon sinkt in die Ozonschicht ab, wo es von der UV B Strahlung (weniger energiereich als UV C) zu Sauerstoffmolekülen und Radikalen gespalten wird. Die radikale vereinigen sich entweder zu Sauerstoffmolekülen und steigen auf, oder sie reagieren zusammen mit einem Sauerstoffmolekül glich wider zurück zu Ozon. Die Ozonschicht ist also sehr wichtig zur Filterung der Energiereichen UV C und B Strahlung, welche in lebenden Zellen Erbgutschäden verursachen können. Bei Menschen kommt es zu Hautkrebs, in den Meeren wird das wachstum des Phytoplanktons gehemmt und bei Pflanzen wird die Photosynthese gestört. Die wichtige Ozonschicht wird aber von Chlorradikalen abgebaut, welche durch FCKW in die Atmosphäre kommen. Die FCKW lagern sich über dem Südpol an Salpetersäurekristallen an und werden im Frühjahr durch das Sonnenlicht gespalten. Ist es in der Stratosphäre gewünscht, so ist das Bodenozon schlecht für die Gesundheit. Bei grosser Hitze reagiert in den heissen Automotoren Stickstoff mit Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid. Stickstoffmonoxid reagiert mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxin. Das Stickstoffdioxid wird durch das Sonnenlicht zu Stickstoffmonoxid und einem Sauerstoffradikal gespalten. Das Sauerstoffradikal verbindet mit einem Sauerstoffmolekül zu Ozon. Das 2 Stickstoffmonoxide reagiert dann wider mit einem Sauerstoffmolekül zu Stickstoffdioxid, womit der Kreislauf von vorn beginnt. Das Ozon wird dann auch durch Wiyccnde aufs Land geweht, wo es nur schwer abgebaut werden kann. Im unterschied zum Land wird das Ozon in der Stadt am Abend durch das im Berufsverkehr wieder verstärkt gebildete Stickstoffmonoxid zu Sauerstoff und Stickstoffdioxid abgebaut. Da das Sonnenlicht fehlt kann das Stickstoffdioxid auch nicht mehr weiter reagieren. N 2 O2 2 NO 2 NO O2 2 NO2 Licht NO2 NO O O O2 O3 O3 NO NO2 O2 7.1.2 Smog Der Begriff Smog ist ein Kunstwort, gebildet aus den englischen Begriffen Smoke (Rauch) und Fog (Nebel). Im allgemeinen Sprachgebrauch beschreibt es die Anwesenheit von Luftschadstoffen in gesundheitsschädlichen und sichtbeeinträchtigenden Konzentrationen. Der Smog sammelt sich vor allem im Winter bei Inversionswetterlage an. Dabei ist die bodennahe Luft kälter als die darüber liegende und wird dadurch am aufsteigen gehindert. In einer solchexn Wetterlage mit praktisch keinem Luftaustausch, so dass die Schadstoffe in hoher Konzentration am Boden bleiben. Auch bei Hochdruckwetterlagen im Sommer (Schönwetter) kann es zu hohen Schadstoffkonzentrationen in der Luft kommen. 9 / 10 Aeneas Wiener Error! Use the Home tab to apply Überschrift 1 to the text that you want to appear here. 14. Mai 2016 7.1.3 Saurer Regen Der saure Regen entsteht durch Schwefeldioxid- und Stickstoffdioxidabgase. Der saure Regen wird als wichtige Ursache für das Waldsterben angesehen. Der Boden versauert und wichtige Nährstoffe werden ausgewaschen. 7.1.4 Treibhauseffekt Abgase wie Kohlenstoffdioxid, Stickoxide, Methan (Schafe), Diese Treibhausgase steigen in die Atmosphäre auf und verhindern dort das austreten der Wärmestrahlung. Dieser Effekt wird das Klima bis 2050 um 1-5 Grad erwärmen. 7.1.5 Aerosole Aerosole sind Kleine Lufttröpfchen die durch Kondensationskeime in der Luft entstehen, die durch Luftverschmutzung entstanden sind. Die Aerosole bilden grosse Wolken, welche die Sonneneinstrahlung hemmen und vom Wind weg geschoben werden können und so Niederschlag verringern (weniger Schnee im Winter). Wenn es keine Kondensationskeime hätte würden Wassertropfen und keine Kleinsttropfen (Aerosole) entstehen. 7.2 Wasserverschmutzung 7.2.1 Überdüngung (Eutrophierung der Seen) Haushaltswasser und Industriewasser gelangen in die Seen dies kann erhebliche Störungen in der Lebensgemeinschaft zur folge haben. Diese Anreicherung von Mineralstoffen nennt man Eutrophierung. Algen und der Algenfresser, beide sterben ab, werden zersetzt von Destruenten. Wasserzustand verschlechtert sich drastisch Faulschlamm und Gase werden am Boden des Sees gebildet. See „kippt um“ wenn es nicht besser wird und fast alle Lebewesen sterben. ( Braunes und Schlammiges trübes Wasser ) 7.2.2 Übersäuerung (oligotrophen Seen) Ist das Gegenteil von vorhergenanntem, zu wenig Mineralstoffe, es ist ganz klares Wasser mit einem leicht sauren PH-Wert. Es leben wenig Algen im Wasser sonstige Pflanzen mit wenig Mineralstoff bedarf und Tieren mit hohem Sauerstoffbedarf. ( NOx ( von der Industrie ausgeschieden in den Abgasen) + Wasser 7.3 Bodenverschmutzung Bodendegradation ist ein grosses Problem, durch das jedes Jahr sehr viel fruchtbares Ackerland verloren geht. Bodendegradierung hat verschiedene Ursachen, darunter Entwaldung, übermäßigen Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln (Pestiziden), Überweidung und Überbeanspruchung der Felder. Überweidung ist eine verbreitete Ursache für Schädigungen des Bodens. Einerseits verdichtet das Vieh den Boden und vermindert so seine Fähigkeit, Wasser zu speichern. Dies führt auf stark beanspruchten Böden zu Erosion und Versteppung. Andererseits vernichtet übermäßiger Viehverbiß die ursprüngliche Grasvegetation und führt zu ihrer Verdrängung durch tief wurzelnde, in der Landwirtschaft unerwünschte Unkräuter. 10 / 10
