Prüfungen erfolgreich bestehen im Fach Ökologie

Fragen und Antworten 19
Vegetationsentwicklung. Aufgrund der ökologischen Ansprüche der
Arten kann dann auf das jeweils vorherrschende Klima geschlossen
werden. Mithilfe der Pollenanalyse wurde beispielsweise die nacheiszeitliche Waldentwicklung Nord- und Mitteleuropas rekonstruiert.
Ein weiteres, wichtiges Verfahren zur Altersbestimmung von biologischen und geologischen Proben, ist die Radiokarbonmethode Datierungs(14C-Methode). Grundlage hierfür ist die Tatsache, dass das in der At- methode
mosphäre natürlicherweise vorkommende radioaktive Kohlenstoffisotop 14C durch die Fotosynthese und durch die Aufnahme organischer
Nahrung in Lebewesen eingebaut wird. Nach dem Tod wird kein 14C
mehr zugeführt und das radioaktive Isotop zerfällt. Aufgrund der bekannten Halbwertszeit von 14C und dem Gehalt von 14C in einer Probe, lässt sich daher das Alter der Probe mithilfe von Kalibrierungskurven präzise bestimmen. Die Radiokarbonmethode eignet sich für
Altersbestimmungen von 300 bis 50.000 Jahre.
GWas versteht man unter „historischen Faktoren“,
welche die Zusammensetzung und Verteilungsmuster
von Organismen bestimmen?
Unter „historischen Faktoren“ versteht man langfristige Umweltverän- Langfristige
derungen, welche die Vegetationsentwicklung und das Vorkommen Umweltverände­
verschiedener Tierarten und Tiergemeinschaften beeinflussen. Lang- rungen
fristige Rhythmen des Klimas, wie beispielsweise Eiszeiten (Glaziale)
und die damit verbundenen Bewegungsmuster großer Gletscher, bewirken einen Rückzug der verschiedenen Organismenarten, die dann
später nach dem Eisrückzug in einer anderen Artenkombination wieder in die frei gewordenen Lebensräume vorrücken. So drang z. B. in
Mitteleuropa die skandinavische Vereisung bis in die norddeutsche
Tiefebene vor und arktische Arten wie das Rentier (Rangifer tarandus)
dehnten ihren Lebensraum bis zu den Pyrenäen aus.
Durch die Kontinentaldrift haben sich Kontinente in ihrer Lage zueinander verändert. So ist sich beispielsweise die Tierwelt in Nordamerika und Europa ähnlicher als die von Südamerika und Afrika, da letztere schon seit 80 Millionen Jahren voneinander getrennt sind.
Zwischen den Kontinenten Nordamerika und Europa dagegen bestand
bis vor ca. 40 Millionen Jahren noch eine Landbrücke.
Eine Ausbreitung von Arten kann auch erschwert werden, wenn
sich durch das Aufeinandertreffen von Kontinentalplatten Gebirge bilden, die je nach Ausrichtung und Höhe Barrieren darstellen. Ein weiterer „historischer Faktor“ ist die Verinselung und die damit einhergehende räumliche Isolation von Lebensräumen, welche die Artenvielfalt
beeinflusst (s. Kap. 6.1.2, Frage 5).
HWas ist die innertropische Konvergenzzone (ITCZ)
und was verursacht sie?
Angetrieben durch das Aufsteigen warmer Luft in der Nähe des Äquators, bewirken die atmosphärischen Luftzirkulationszellen die Ent-
20 Umweltbedingungen
Abb. 1.4: Die innertropische Konver­
genzzone (ITCZ).
ft
lu
Warm
Nordostpassat
Wolken
Solarstrahlung
Südostpassat
Wolken
Warm
l
uft
ITCZ
wicklung des Nordostpassats nördlich des Äquators und des Südostpassats südlich vom Äquator (s. Frage 3). Den Bereich des Äquators,
an dem diese beiden Luftströmungen zusammentreffen, bezeichnet
man als innertropische Konvergenzzone (ITCZ). Diese Region zeichnet sich durch hohe Niederschlagsmengen aus (s. Abb. 1.4). Die ITCZ
wandert entsprechend der Veränderungen des Sonnenstandes und
den jeweils höchsten Oberflächentemperaturen in Bereiche nördlich
bzw. südlich des Äquators. Im nördlichen Sommer verschiebt sich die
ITCZ nach Norden und hinterlässt dem Südwinter trockenes Wetter.
Im nördlichen Winter wandert sie südwärts und bringt dem Südsommer Regen. Aufgrund dieser jahreszeitlichen Wanderung der ITCZ entstehen auch die Regen- und Trockenzeiten in den Tropen.
JWas versteht man unter dem Phänomen El Niño und
welche Auswirkungen hat es?
Das Phänomen El Niño ist eine im Abstand mehrerer Jahre im Winter
auftretende Klimarhythmik und hängt mit dem Wechsel der innertropischen Strömungen im Pazifischen Ozean zusammen. In normalen
Jahren treiben die Passatwinde das warme und nährstoffarme Oberflächenwasser der tropischen Ozeanbereiche entlang des Äquators
nach Westen und bringen das kalte und nährstoffreiche Tiefenwasser
an der Küste Perus zum Aufsteigen. Aufgrund des warmen Wassers des
Westpazifiks steigt die feuchte Meeresluft auf und es kommt in dieser
Region zu starken Regenfällen. Entlang der Küste Perus hingegen
führt das kühle Wasser des Ostpazifiks zu relativ trockenen Bedingungen. Während eines El-Niño-Ereignisses schwächen sich die Passatwin-
Fragen und Antworten 21
de ab und es fließt weniger Oberflächenwasser nach Westen. Infolgedessen verringert sich der Auftrieb des tiefen Kaltwassers und die
oberen Schichten des Ostpazifiks erwärmen sich. Die Regengebiete
dehnen sich mit dem warmen Wasser in Richtung Osten aus, wodurch
es zu Überschwemmungen in Peru und zu Dürren in Indonesien und
Australien kommt. Aufgrund der fehlenden nährstoffreichen Kaltwasserzonen in den Küstengebieten Perus und Ecuadors fallen die dortigen, sonst großen Fischbestände aus, was drastische wirtschaftliche
Einbußen zur Folge hat.
KErläutern Sie den globalen Wasserkreislauf.
Was ist die treibende Kraft?
Beim globalen Wasserkreislauf gelangt Wasser von der Atmosphäre
zur Erdoberfläche und dann wieder zurück in die Atmosphäre (s. Abb.
1.5). Treibende Kraft hierfür ist die Solarstrahlung, welche die Erdatmosphäre erwärmt und die erforderliche Energie für die Verdunstung
des Wassers liefert. Der in der Atmosphäre zirkulierende Wasserdampf
gelangt in Form von Niederschlag (Regen, Schnee, Hagel) zur Erdoberfläche zurück. Dabei fällt ein Teil des Wassers direkt auf Wasserflächen, ein Teil fällt auf die Erde und versickert und ein weiterer Teil
wird von der Vegetation zurückgehalten. Die Benetzung der Pflanzen
durch das Niederschlagswasser wird als Interzeption bezeichnet. Das
versickernde Wasser sammelt sich zum Teil als Grundwasser, welches
sich unterirdisch einen Weg zu Quellen und Bachläufen sucht und
schließlich ins Meer gelangt. Durch Verdunstung des Wassers aus den
oberen Erdschichten und von Wasserflächen (Evaporation) und der
Verdunstung durch die Pflanzen (Transpiration) kehrt das Wasser wieder in die Atmosphäre zurück.
Abb. 1.5: Schema
der wesentlichen
Vorgänge des
globalen Wasser­
kreislaufs.
Kondensation und Wolkenbildung
Energie
Niederschlag
Verdunstung
Versickerung
Grundwasser
Abfluss zum Meer
22 Umweltbedingungen
1.1.3Vegetationsstruktur und Boden
AWelche Faktoren beeinflussen Absorption und Reflexion
der Solarstrahlung durch die Vegetation?
Die Menge der Solarenergie, die durch das Kronendach eines Waldes
dringt, schwankt mit der Größe der Blattfläche der dort vorkommenden Bäume. Neben der Blattgröße und -dichte beeinflussen aber auch
die Stellung und die Wuchsrichtung der Blätter die Menge der absorbierten bzw. reflektierten Solarstrahlung. Je senkrechter Sonnenstrahlen auf die Blattoberfläche auftreffen, desto mehr Strahlungsenergie
kann das Blatt aufnehmen. Mit Ausnahme der Tropen verändert sich
jedoch der Sonnenstand sowohl im Tagesverlauf als auch mit den Jahreszeiten stark und beeinflusst somit auch die Menge der auftreffenden Solarstrahlung.
SWie unterscheiden sich spezialisierte Sonnen- und
Schattenblätter eines Baumes voneinander?
Viele Bäume bilden, je nachdem, ob sie in lichtexponierten oder beschatteten Bereichen angelegt werden, unterschiedliche Blatttypen
aus. Dabei sind Sonnenblätter aus dem oberen Kronenbereich dicker
und haben mehrere Zellschichten mit vielen Chloroplasten, welche die
einfallende Solarstrahlung in chemische Energie umsetzen. Im Gegensatz dazu sind Schattenblätter der unteren Regionen dünner und enthalten weniger Chloroplasten. Obwohl sie lediglich diffuse und gefilterte Strahlung absorbieren, ergänzen sie die Fotosyntheseleistung der
Sonnenblätter aus dem Kronenbereich.
DWas verstehen Sie unter Thermotropismus?
Anpassung an
unterschiedliche
Sonneneinstrah­
lung
Für die meisten Regionen außerhalb der Tropen verändert sich die
Sonneneinstrahlung im Tagesverlauf wie auch mit den Jahreszeiten.
Einige Pflanzenarten zeigen Anpassungen an diese Veränderungen
und können ihre Blätter bewegen und somit den Umfang der auftreffenden Solarstrahlung regulieren. In heißen und trockenen Regionen
beispielsweise verringert eine schräge Blattstellung die hohe Strahlungsintensität während der Mittagsstunden, wenn die Umgebungstemperatur und der Wasserverlust am höchsten sind. Eine solche Veränderung der Blattstellung von ortsgebundenen Pflanzen aufgrund
von Sonneneinstrahlung und Umgebungstemperatur bezeichnet man
als Thermotropismus. Auch beim Kompass-Lattich (Lactuca serriola)
kann man solch eine Anpassung beobachten. Der Name dieser Pflanze rührt daher, dass sie ihre Blätter aufrecht entlang der Nord-SüdAchse ausrichtet, wodurch die Blattoberflächen nach Osten und Westen zeigen. Diese besondere Blattstellung schützt die Blattspreiten vor
der kräftigen Sonneneinstrahlung am Mittag und verringert dadurch
deren Erwärmung und die Verdunstung. Während des weniger intensiven Sonnenlichts des Vor- und Nachmittags sind die Blattoberflächen
dem Sonnenlicht jedoch voll ausgesetzt.
Fragen und Antworten 23
FWas ist Boden?
Unter Boden versteht man die oberste, belebte Verwitterungsschicht
der Erdkruste, die unter dem Einfluss von Klima und Lebewesen entstanden ist. Boden stellt einen wichtigen Faktor im Wasserkreislauf
dar und dient Pflanzen zur Verankerung und als Nährstoffreservoir.
Gleichzeitig ist Boden Lebensraum vieler Pflanzen, Tiere, Pilze und
Bakterien.
GWie bildet sich Boden und welche Faktoren beeinflussen
die Bildung von Boden?
Im Laufe der Erdgeschichte verwitterten die Oberflächen von Gesteinen und Mineralien und bildeten eine Vielfalt von Bodentypen. Dabei
unterscheidet man die mechanische Verwitterung (physikalische Verwitterung), bei der Gesteine und Mineralien durch die Einwirkung von
Wasser, Wind und Temperatur in Bruchstücke zerkleinert werden. Bei
der chemischen Verwitterung werden diese Bruchstücke durch chemische Reaktionen mit Wasser, Sauerstoff und Säuren weiter zersetzt.
Die Bodenbildung wird durch die physikalische und chemische
Beschaffenheit des Ausgangsgesteines bestimmt. Die klimatischen
Verhältnisse beeinflussen die Bodenbildung durch Temperatur und
Niederschläge. Außerdem spielen biotische Faktoren wie Pflanzen,
Tiere und Bakterien bei der Entwicklung der Böden eine entscheidende Rolle. So können beispielsweise Pflanzen durch ihre Wurzeln
am Aufbruch des Gesteines beteiligt sein, gleichzeitig aber auch den
Boden gegen Erosion stabilisieren. Ein weiteres Beispiel sind Bodenorganismen, die totes organisches Material ab- und umbauen und
mit den mineralischen Bestandteilen des Verwitterungsprozesses den
Humus bilden. Das Relief einer Landschaft beeinflusst das Ausmaß
der Erosion und den Wassergehalt des Bodens. Letztlich ist die Zeit
ein für die Bodenbildung ganz entscheidender Faktor.
HWarum wäre ohne Boden die Ausbildung der heutigen
Landvegetation unmöglich?
Die verschiedenen Bodentypen stellen eine für das Pflanzenwachstum
notwendige Quelle von gespeichertem Wasser und einen Vorrat an mineralischen Nährstoffen dar. Gleichzeitig ist es eine Trägersubstanz,
die es den Pflanzen ermöglicht ihre Wurzeln zu verankern, aufrecht
zu wachsen und ihre Blätter dem Sonnenlicht auszusetzen. Der Boden
ist außerdem ein Medium für die Bindung von atmosphärischem Stickstoff durch frei lebende, stickstofffixierende Bodenbakterien wie Azotobacter und Azospirillum, sodass die Pflanzen diesen nutzen können.
Durch die Anreicherung von organischem und mineralischem Material im Boden tragen die unterschiedlichen Bodentypen zur Komplexität der Umwelt bei und ermöglichen somit einer Vielzahl von Pflanzen
und Tieren zu leben.
Faktoren der
Bodenbildung
sind Ausgangs­
gestein, Relief,
Klima, biotische
Faktoren und Zeit