Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald

Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald Übung

• Beschreibe die Aufgabe der Zersetzer.

  Tipps

  Hast du dich schon einmal gefragt, was mit dem Laub passiert, wenn es im Herbst von den Bäumen fällt? Zersetzer sind in der Lage, dieses tote Material zu verwerten.

  Lösung

  Zersetzer werden auch als Destruenten bezeichnet. Sie bauen totes organisches Material ab, also Laub, tote Tiere, Pflanzenteile und Ausscheidungen (z.B. Kot). Zu den Zersetzern gehören viele Mikroorganismen, aber auch der Regenwurm, Asseln oder Tausendfüßer.
  Durch ihre zersetzende Arbeit schaffen sie die Grundlage für die Primärproduzenten. Hier finden wir also nicht nur einen Kohlenstoffkreislauf, sondern auch einen Nahrungskreislauf.

• Schildere, wie der Mensch in den Kohlenstoffkreislauf eingreift und nenne mögliche Folgen.

  Tipps

  Befindet sich der Kohlenstoffkreislauf im Gleichgewicht, wird genauso viel Kohlenstoffdioxid freigesetzt wie von den Pflanzen aufgenommen.

  Kohlenstoffdioxid ist wie Wasserdampf (Wolken) und Ozon ein Treibhausgas. Je höher ihre Konzentration in der Atmosphäre ist, umso weniger Wärmestrahlung kann von der Erdoberfläche reflektiert werden und bleibt so in der Erdatmosphäre. Die Folge ist ein Temperaturanstieg.

  Die globale Erwärmung ist durch den Menschen verursacht, da diese vor allem aufgrund der höheren Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Luft verursacht wird.

  Lösung

  Beim natürlichen Kohlenstoffkreislauf wird genauso viel Kohlenstoff freigesetzt, wie durch Pflanzen aufgenommen und gebunden wird. Er befindet sich im Gleichgewicht.

  Allerdings wird durch den Eingriff des Menschen in Bezug auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe weit mehr Kohlenstoffdioxid freigesetzt als aufgenommen. Es reichert sich also Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre an.
  Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas. Die Strahlung der Sonne wird an der Erdatmosphäre reflektiert, wobei auch Wärme entsteht. Diese Wärmestrahlung wird durch Treibhausgase (Wasserdampf, Ozon, Methan) in der Atmosphäre gehalten. Die Folge: ein Temperaturanstieg, der sogenannte Treibhauseffekt. Dieser führt zur globalen Erwärmung, was schlimme Folgen für die Eisflächen der Erde hat, welche Lebensraum für viele nun bedrohte Tiere bieten.

• Skizziere den Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald.

  Tipps

  Die orangen Pfeile zeigen den Weg des Kohlenstoffdioxids $(CO_2)$, die violetten den des Sauerstoffs $(O_2)$.

  Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoffdioxid freigesetzt.

  Auch Pflanzen benötigen Sauerstoff, um zu atmen. Dieser wird durch den Prozess der Fotosynthese gebildet. Hier wird auch Kohlenstoffdioxid gebunden.

  Lösung

  Der Kohlenstoffkreislauf ist über den gesamten Globus verflochten. Er ist also nicht nur im Ökosystem Wald zu finden.

  Pflanzen (Primärkonsumenten) sind in der Lage, Kohlenstoffdioxid $(CO_2)$ in energiereichen Verbindungen zu binden und ihn so der Atmosphäre zu entziehen. Das ist wichtig, denn $CO_2$ ist ein Treibhausgas. Ist dessen Konzentration zu hoch, führt dies zur globalen Erwärmung (denke an den Treibhauseffekt).

  Kohlenstoff wird aber nicht nur fixiert, beispielsweise im Holz, sondern durch Atmung wieder freigesetzt. Produzenten, Konsumenten und Destruenten verbrauchen durch Atmungsprozesse $O_2$ und geben $CO_2$ ab. Das Ökosystem Wald gibt also genauso viel $CO_2$ ab, wie es bindet.

  Doch als der Mensch in das System eingegriffen hat, indem er fossile Rohstoffe verbrannte, wurde das Gleichgewicht des Kreislaufs gestört. Seitdem gelangt immer mehr Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre. Welche Folgen dies auf das Klima hat, weißt du inzwischen.

• Ermittle die Gleichung der Fotosynthese.

  Tipps

  Bei der Fotosynthese entsteht Sauerstoff als „Abfallprodukt“.

  Die Gleichung sieht aus wie das folgende Schema:
  $A + B \longrightarrow C + D$.
  Jetzt ist nur noch die Frage, welche Substanz sich hinter welchem Buchstaben versteckt.

  Oben sollst du eine Wortgleichung aufstellen. Vielleicht hilft dir die Bruttogleichung, die nur mit den chemischen Symbolen arbeitet:
  $ 6~CO_2 + 6~H_2O \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + 6~O_2$.

  Lösung

  Hier siehst du eine schematische Abbildung, die den Prozess der Fotosynthese verdeutlichen soll. Die Wortgleichung der Fotosynthese lautet:
  Kohlenstoffdioxid + Wasser $\longrightarrow$ Zucker (Glucose) + Sauerstoff.
  Wichtig ist, dass dabei Sonnenenergie benötigt wird.

  Außerdem erkennst du, dass die Fotosynthese in den Chloroplasten der Blätter stattfindet, welche den grünen Blattfarbstoff (Chlorophyll) enthalten.
  Stärke ist übrigens ein Speicherstoff. Einzelne Zuckermoleküle hängen in einer langen Kette zusammen und können so in einem Stärkekorn gespeichert werden. Bei Bedarf wird die Kette getrennt und die einzelnen Zuckerbausteine können als energiereiche Kohlenstoffverbindungen genutzt werden.

• Gib an, welche Organismen atmen.

  Tipps

  Atmen können nur Organismen, die leben. Wo ist das nicht der Fall?

  Primärproduzenten sind Pflanzen. Primär- und Sekundärkonsumenten sind Tiere. Auch die Zersetzer sind Tiere, Pilze oder Mikroorganismen.

  Hier abgebildet sind sogenannte lebende Steine. Dabei handelt es sich aber nicht wirklich um Steine, sondern um Pflanzen.

  Lösung

  Um zu leben, benötigen wir Sauerstoff. Dieser wird veratmet, wobei Kohlenstoffdioxid entsteht.
  Pflanzen, Tiere und Pilze stoßen Kohlenstoffdioxid aus und sind somit Teil des Kohlenstoffkreislaufs.
  Steine und totes organisches Material sind dagegen nicht lebendig und atmen dementsprechend nicht.

• Zeige, wie fossile Brennstoffe entstanden sind.

  Tipps

  Eine Alternative zu fossilen Brennstoffen stellt das Konzept der erneuerbaren Energie dar, wie es die Solarenergie ist. Sie deckt bis jetzt noch einen geringen Teil des weltweiten Energiebedarfs.

  Lösung

  Fossile Brennstoffe werden seit der Mitte des 19. Jahrhunderts als Energiequellen genutzt, was nicht zuletzt die industrielle Revolution ermöglichte.
  Bei der Verbrennung von Braun- und Steinkohle, Erdgas und Erdöl wird Energie in Form von Wärme frei, die genutzt werden kann. Das ebenfalls freigesetzte Kohlenstoffdioxid ist für die Umwelt schädlich, denn es stört das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs. Außerdem werden Schadstoffe frei. Fossile Brennstoffe werden als Ursache für die globale Erderwärmung angesehen. Trotzdem wird der große Hauptteil des weltweiten Energiebedarfs (2013: > 80 %) durch fossile Energiequellen gedeckt.

  Eine weitaus umweltfreundlichere Alternative zu fossilen Brennstoffen ist im Recycling-Symbol dargestellt: Wind-, Sonnen- und Wasserenergie sind nur drei Beispiele erneuerbarer Energien. Hierbei werden die Energiequellen nicht verbraucht, sondern erneuern sich stetig.