Meeresbiologie neu - kantik

Einstieg: Fasszination
Meeresbiologie
Aufgabe: Macht euch während der Lektion eigene Notizen, warum
für euch Meeresbiologie faszinierend ist und über Gründe, warum
man sich damit beschäftigen sollte bzw. womit sich die Forschung
beschäftigt.
- Film „Home“
- Film „Aliens der Tiefe“
- Einstiegsabschnitt aus dem Buch „Biologische
Meereskunde“ von Prof. Dr. Ulrich Sommer; Kiel
- Text aus der Meeresökologischen Lesebuch darüber,
warum man Meeresbiologe werden möchte.
- Epilog aus oben genanntem Buch „Wozu
meeresbiologische Forschung?“
-Ted-Talks über das Meer (Hinweise)
Themen Meeresbiologie
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Hydrosphäre; Lithosphäre; Entstehung der Meere
Gliederung der Meere; Arten von Meeren
Physikalische Parameter von Meerwasser
Wellen, Gezeiten, Strömungen
Die Lebensgemeinschaften im Meer:
– Benthos
– Plankton
– Nekton
• Spezielle Lebensräume: z.B. Mangroven, Riffe...
• Produktivität der Meere; Stoffkreisläufe
Seine speziellen
Eigenschaften:
• Dipolmolekül
• Oberflächenspannung
• Aggregatszustände
(Dichteanomalie)
• Wärmekapazität
• Lösungsmittel
Wasser (H2O)
Biosphäre
• Welches sind die wichtigsten
abiotsichen Faktoren?
• Wo überall auf der Erde kann Leben
statt finden?
• Welche Faktoren sind limitierend im
Luftraum, auf dem Festland, im
Süsswasser, im Meer (Salzwasser)?
--> Das Meer nimmt mehr als 2/3
der Oberfläche der Erde eine. Der
Lebensraum Wasser hat allerdings
ein ungleich grösseres Volumen!
Hydrosphäre
• Die Gesamtmenge des Wassers auf der
Erde beträgt ca. 1500 Mio. km3 (ca. 1500 Mio.
Bio. Liter =
1 500 000 000 000 000 000 000 Liter)
--> Erde -- Mond -- Wasser
• Wie verteilt sich das Wasser auf die verschiedenen
Reservoire?
• Schätze: Um wie viel würde der
Meeresspiegel jährlich sinken, allein
durch die Verdunstung?
• Wie viel (in Promill) der Hydrosphäre
ist in biologischer Form in Lebewesen
vorhanden bzw. gebunden?
Erde -- Mond -- Wasser
Erde:
Durchm.: 12700km
V = 1083 Mrd. km3
Mond:
Durchm.: 3400km (ca. 1/4)
V = 22 Mrd km3
Hydrosphäre:
Durchm.: 1420km (ca. 1/2
des Mondes und 1/50 der
Erde)
V = 1,5 Mrd km3
Auf Oberfläche ausgebreitet:
ca. 2450m hoch; hier
0,0027cm über
Erdoberfläche, aber 70% der
Oberfläche
Die längste
Gebirgskette der Erde
16 000 km lang; vom Grund der
Erde bis durchschnittlich 2 500m
unter der Wasseroberfläche; formt
aber auch Inseln (Island)
Was wir schon wissen?
• Das Leben auf der Erde findet in
verschiedenen Räumen statt.
• Einer davon ist das Meer.
• Es besteht zum überwiegenden Teil aus
Salzwasser (mit seinen speziellen
Eigenschaften).
• Das gesamte Wasser hat ein Volumen von
1 500 Mio. km3 und zirkuliert.
• Das Meer bedeckt 70% der Erdoberfläche
und hat eine durschnittliche Tiefe von
2500m (ca. 0,04% des Erdradius).
Schwankungen des Meeresspiegels
Angenommener Zustand der Hydrosphäre während der
letzten Eiszeit vo 21000 Jahren.
Schwankungen des
Meeresspiegels
Die Meere
Gemäss dem heutigen Verteilungsmuster der
fünf Kontinente und der Inseln gliedert sich
das Weltmeer in mehr oder weniger auffällig
von einander getrennte Becken.
Man unterscheidet grob drei Arten von
Meeren: Ozeane, Mittelmeere und
Randmeere
Aufgabe:
- Schau dir die Karte der Ozeane und Meere der Welt an.
- Welche Meere sind Rand- (breite, tiefe Verbindung zum
Ozean) bzw. Mittelmeere (enge, flache Verbindung)
- Welche Meere gehören zu welchen ozeanischen
Bereichen?
- Schätze: Welches Mittelmeer hat die grösste und welches die
kleinste mittlere Tiefe (schau erst später nach)?
Wie ist der heutige Zustand
der Meere entstanden?
Wie verändern sich die Meere
noch heute?
Wie sieht der Meeresboden
aus?
Heutige
Geomorphologie
der Meere
• Angaben zu Volumina der
Ozeane und die Einteilung
in Rand und Mittelmeere,
setzt eine gute Kenntnis
der dreidimensionalen
Struktur voraus.
• Kartierung der Meere
durch Echolotung
• Auch Seismographische
Untersuchungen und
Tiefseebohrungen haben
zur Kenntnis über den
Meeresgrund beigetragen.
• Heute liegen recht
detailierte Karten vor.
GEBCO
Abkürzung steht
für General
Bathymetric
Chart of the
Oceans.
Auf der Webseite
www.gebco.net
steht
umfangreiches
Kartenmaterial
zur Verfügung,
welches
verschiedenste
Messungen (vor
allem Echolot)
berücksichtigt.
Nach Bio- und Hydro- nun
die Lithosphäre
• Äusserste, sehr dünne Schicht (80-100km;
0,4% der Gesamtmasse) des Planeten.
• Sie ruht auf der Asthenosphäre (zähflüssige
Masse geschmolzener Steine).
• Auf der Lithosphäre sitzt die Erdkruste, die
auf den Kontinenten
und im Meer
unterschiedlich dick
ist.
• Sie ist unterteilt in
verschieden grosse
Platten und Schollen
(s. Abbildung auf S.3)
Alter der Erdkruste
Die ozeanische Kruste ist jung (bis zu 150 Mio. Jahre). Sie
entsteht immer wieder neu und vergeht. Die kontinentale
Krusst akkumuliert und ist bis zu 3,8 Mrd. Jahre alt.
Die Bewegung der Platten führ zu...
...Neubildung von Ozeanischer Kruste (divergente Grenze)
...Vulkanismus und Erdbeben an konvergenten Grenzen
...Entstehung von Gebirgen beim Zusammenstoss
Entwicklung der
Meere
• Erkenntnisse über die
Verteilung der Landmassen
reichen zurück bis ca. vor
300 Mio. Jahren.
• Superkontinent Pangäa
umgeben von
Panthalassameer.
• Auseinanderbrechen und
Trennung von Laurasia und
Gondwanaland. Ein neues
Meer entsteht
(Tethysmeer).
• Zerfall von Gondwanaland
in Südamerika, Afrika.
Wegbrechen von Antarktika,
Indien und Australien.
• Verschiebung der
Kontinente zum heutigen
Zustand.
Rekonstruktion von Pangäa
Wo stehen wir?
Wir haben uns angeschaut...
...welche speziellen Eigenschaften Wasser hat.
...welche Faktoren (ausser Wasser) notwendig
sind für Leben.
...wo auf der Erde Leben vorkommen kann
(Biosphäre).
...in welcher Form und wo Wasser auf der Erde
vorkommt (Hydrosphäre)
...wie das Meerwasser auf der Erdoberfläche
verteilt ist.
...wie die Bewegung der Lithosphäre zum
heutigen Zustand der Meere beigetragen hat
und noch immer beiträgt und, wie dadurch der
Meeresboden gestaltet ist.
Vertikale Gliederung der Meere
Das Meer nimmt 70% der Erdoberfläche ein,
aber es ist keine Fläche, sondern hat eine
dritte Dimension.
Wie kann das Meer in vertikaler
Durchschreitung eingeteilt werden?
Vertikale Gliederung des Meeres
Vertikale Gliederung des Meeres
- Pelagial: Gesamtheit des marinen Wasserkörpers
mit schwimmenden und schwebenden Lebewesen
- Neritisches Pelagial: Wasserkörper über dem
Kontinentalsockel; nicht tiefer als ca. 200m;
euphotisch
- Ozeanisches Pelagial: Epipelagial (bis ca. 200m)
euphotisch; Meso-, Bathy-, Abyssopelagial:
aphotisch
- Benthal: Meeresböden
- Neritisches Benthal: Litoral: zwischen
Spritzwasserzone und Kontinentalkante (Supra-,
Meso- und Infralitoral)
-Ozeanisches Benthal: Bathyal, Abyssal, Hadal
Einstieg: Druck, Dichte, Licht
Lebensgemeinschaften
Pelagial: schwebende
Lebewesen = Plankton; aktiv
schwimmende Lebewesen =
Nekton
Benthal: sessile und mobile
Lebewesen = Benthos
Die physikalischen Parameter
des Meerwassers
• Wasser als Lösungsmittel:
–
–
–
–
Anorganische Stoffe
Organische Komponenten
Gase
Salz
• Temperatur:
– Gefrierpunkt
•
•
•
•
Dichte
Druck
Licht
Akkustik
 Hydrodynamik (Wellen, Gezeiten, Strömungen...)
Schätzfrage
Wenn man alles Salz, welches im
Meerwasser gelöst ist, als
Feststoff gleichmässig über
die glatte Oberfläche der
Erde verteilen würde, wie
hoch würde die Schicht
stehen?
Was gibt es im Meerwasser?
• Anorganische Salze (insg. 4,8x1016t = 48 Brd.t)
– Salzgehalt; Salinität --> Dichte (u.v.m!)
– pH-Wert
– Mineralstoffe (Spurenelemente)
• Organische Stoffe
– Zersetzung und Ausscheidung (gering)
• Gase
– N2, O2, CO2
Salze im Meerwasser (Ionen) in 1kg Wasser:
Kationen: Natrium; 11g; Magnesium: 1,3g; Calcium
und Kalium: 0,4g
Anionen: Chlorid: 19g, Sulfat: 2,7g; Carbonate: 0,14g
Salinität
Aufgabe mit Fragen:
• Lies den kleinen Text zur Salinität.
• Was hat die Salinität mit der Dichte von
Meerwasser zu tun?
• Was könnte der Begriff Chlorinität bedeuten?
• Wodurch wird die Salinität beeinflusst?
• Versuche zu erklären, warum die Salinität des
Mittelmeeres hoch ist, der Bereich östlich von
Indien eine niedrige Salinität hat und auch das
arktische Meer.
• Erkläre die unterschiedliche Salinität in
verschiedenen Bereichen des Mittelmeeres mit Hilfe
der Karte.
• Wie viele Möglichkeiten die Salinität zu bestimmen,
kommen dir in den Sinn?
Unterwassersee
• Wieso ist es normalerweise ungünstig in
Wasser mit hohem Salzgehalt zu leben?
• Es gibt Lebewesen die dies schaffen.
Salinität
•Wodurch wird die
Salinität beeinflusst?
•Wie kann die Salinität
gemessen werden?
Beeinflussung und
Bestimmung der Salinität
• Beeinflussung:
– Regen und Verdunstung
– Flüsse
– Gletscher; Eis
• Bestimmung:
– Feste Rückstände
– Dichtemessung (Aräometer)
– Gefrierpunktserniedrigung
– Bestimmung der Chloridionenkonz.
Bedeutung der Salinität
Die Salinität des Meerwassers
beeinflusst...
...die Dichte (Meeresströmungen,
Nährstofftransport...)
...die Temperatur maximaler
Dichte und die
Gefrierpunktserniedrigung
...die Wärmekapazität und
Wärmeleitfähigkeit
...den osmotischen Druck
(Lebewesen)
...die Löslichkeit von Gasen (O2,
CO2...)
...die Ausbreitungsgeschwindigkeit
von Schall (Kommunikation)
Einfluss der Salinität auf
Lebewesen
• Lebewesen stehen im direkten Kontakt
zu den Ionen im Wasser.
• Sie können optimal mit den Mineralien
versorgt werden, die z.T. sehr
wichtige Aufgaben im Organismus
erfüllen (welche?)
• Über die semipermeablen Zellmembranen besteht eine
direkte osmotische
Beziehung zwischen
Meerwasser und den
Körperflüssigkeiten.
Wiederholung Osmose
• Ionen werden aktiv aus dem Meerwasser
aufgenommen.
• Zellmembran ist für Ionen undurchlässig.
• Wasser kann in beide Richtungen durch die
Membran strömen.
• Ist die Konz. des Salzes im Meerwassers geringer
als die in der Zelle, so ist das Wasser hypotonisch.
Konformer und Regulatoren
• Lebewesen, die ihr inneres Milieu an das der
Umgebung angleicht, nennt man
Konformer. Sie sind, im Bezug auf die
Salinität poikiloosmotisch. Die meisten
marinen Invertebraten gehören dazu.
• Lebewesen, die ein konstantes inneres Milieu
aktiv aufrecht erhalten, nennt man
Regulatoren. Sie sind homoiosmotisch.
Dazu zählen die höheren Tieren.
--> Welche Probleme haben homoiosmotisch,
hypertonische Tiere?
Anpassung der Meereslebewesen
• Lebewesen haben sich, im Laufe ihrer
Entwicklung an die vorhandenen relativen
Verhältnisse angepasst.
• Abweichungen müssen aktiv ausgeglichen
werden, haben wichtigen Funktionen und sind
sehr häufig noch nicht erforscht.
Landtiere am Meer
- Leben streng homoioosmotisch und
hypotonisch.
- Osmotisches Problem durch Drosselung der
Wasserausscheidung als Harn.
- Elimination der mit dem Wasser und der
Nahrung aufgenommenen Salze mittels
Tränendrüsen.
Die Temperatur der Meere
Fakten:
• Mittlere Schwankung zwischen -2°C und
35°C (relativ gering).
• Mittlere Temperatur bei +4°C (Volumen;
kalt).
• Extreme für Lebewesen: Supra- und
Mesolitoral Lufttemperaturen weit unter 0°C;
Hydrothermale Quellen: bis zu 400°C
• Kaum Lebewesen, die extremen
Schwankungen ausgesetzt sind
(Ausnahme: Waale)
• Räumliche und zeitliche Schwankungen:
Tages- und Jahreszeiten, Strömungen
Dichte des Meerwassers in Abhängigkeit
von Temperatur und Salinität
Wenn warmes
Oberflächenwasser mit
hoher Salinität
vom Äquator
zu den Polen
strömt, kühlt
es ab und
vermischt sich
mit weniger
salzigem
Wasser.
Insgesamt
steigt die
Dichte an und
es sinkt ab.
Einstieg: Fire and ice
Was passiert in und mit Lebewesen, wenn es
sehr heiss bzw. kalt wird?
Wie haben sich Lebewesen an diese Extreme
angepasst?