Ökosystem See

Ökosystem See Übung

• Benenne die verschiedenen Zonen, in die sich ein See einteilen lässt.

  Tipps

  Der Uferbereich wird auch als Litoral bezeichnet, die Freiwasserzone heißt Pelagial.

  Das Wort Limnion stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie Tümpel. Die Vorsilbe epi heißt über, meta heißt zwischen und hypo heißt unter.

  Lösung

  Die erste große Gliederung, die man bei einem See vornehmen kann, ist in Bodenzone (Benthal) und Freiwasserzone (Pelagial).

  Diese beiden Bereiche lassen sich weiter unterteilen.

  Bodenzone – Benthal (gr. benthos, tief):

  • Uferzone (Litoral von lat. litoris, Ufer): Sie wird überwiegend von höheren Pflanzen besiedelt.
  • Tiefenzone (Profundal von lat. profundus, tiefgründig): Hier leben keine autotrophen Produzenten mehr, da zu wenig Licht bis hierhin vordringt.

  Freiwasserzone – Pelagial (gr. pélagos, Meer):

  • Epilimnion (von gr. epi, auf, limnē, See): Die oberste Wasserschicht ist lichtdurchflutet, weshalb hier vor allem Phytoplankton zu finden ist.
  • Metalimnion (von gr. meta, zwischen): Die Sprungschicht zeichnet sich durch eine rasche Temperatur- und Sauerstoffabnahme aus.
  • Hypolimnion (von gr. hypo, unterhalb): Die Wassertemperatur beträgt konstante 4 °C, da bei dieser Temperatur Wasser die höchste Dichte hat (Dichteanomalie des Wassers).

  Eine weitere Einteilung kann im Uferbereich (Litoral) vorgenommen werden:

  • Erlen-Weiden-Zone: Benannt nach den typischen Gehölzen, die hier wachsen – Erlen und Weiden.
  • Schilfzone: Neben Schilf sind hier z. B. Rohrkolben und Binsen zu finden. Die Zone wird auch als Röhrichtzone bezeichnet.
  • Schwimmblattzone: Pflanzen, wie die Teich- oder die Seerose, sind im Boden verankert, ihre Blätter schwimmen aber auf der Wasseroberfläche. Ihre Spaltöffnungen befinden sich auf der Blattoberseite.
  • Unterwasserpflanzenzone: Diese Zone heißt auch Tauchblattzone. Die Pflanzen (z. B. Hornblatt) sind vollständig von Wasser bedeckt.

• Stelle die Nährstoffbeziehungen im Ökosystem See dar.

  Tipps

  Grüne Pflanzen und Algen betreiben Fotosynthese.

  Über den Prozess der Fotosynthese sind Pflanzen in der Lage, sich autotroph zu ernähren.

  Auch wir Menschen sind Konsumenten. Bestimmt weißt du nun, welches Atemgas wir benötigen und welche wir ausatmen.

  Destruenten zersetzen totes organisches Material in anorganisches.

  Lösung

  Primärproduzenten sind autotrophe Organismen, zu denen alle grünen Pflanzen, aber auch Bakterien und andere Mikroorganismen, welche sich autotroph ernähren, zählen. Der zentrale Prozess ist die Fotosynthese, bei der aus anorganischen Stoffen organische produziert werden.

  Konsumenten können organische Substanzen nicht selbst herstellen, sie ernähren sich heterotroph. Sie lassen sich in Pflanzenfresser (Konsumenten 1. Ordnung) und Fleischfresser (Konsumenten 2. Ordnung, Konsumenten 3. Ordnung, …) einteilen.

  Destruenten sind Zersetzer und bauen totes organisches Material (also abgestorbene Pflanzen, tote Tiere etc.) und Ausscheidungsprodukte ab. Dabei wird die organische Biomasse wieder in ihre anorganischen Grundbausteine zerlegt. Diese dienen wiederum den Primärproduzenten als Grundlage der Fotosynthese.

  Der Nähstoffkreislauf findet sich in vielen Nahrungsketten wieder, die stets mit den Primärproduzenten beginnen. Eine solche Nahrungskette für das Ökosystem See könnte sein:

  1. Phytoplankton (Primärproduzent)
  2. Zooplankton (Konsument 1. Ordnung)
  3. Mückenlarve (Konsument 2. Ordnung)
  4. Zander (Konsument 3. Ordnung)
  5. Fischadler (Konsument 4. Ordnung)

  Da Destruenten mit allen fünf Gliedern dieser beispielhaften Nahrungskette wechselwirken, ist die Nahrungskette ein Konstrukt, das sich so in der Natur nicht finden lässt. Stattdessen ist ein Nahrungsnetz zu beobachten: Mückenlarven werden schließlich nicht nur vom Zander verspeist, sondern z. B. auch von der Rotfeder oder anderen Fischen.
  Natürlich ist die Zuordnung von Organismen in die drei großen Gruppen nicht immer eindeutig. So ist der Mensch sowohl Pflanzenfresser (Konsument 1. Ordnung) als auch Fleischfresser (Konsument 2. Ordnung). Und fleischfressende Pflanzen ernähren sich nicht ausschließlich autotroph (Primärproduzenten), sondern verdauen gleichzeitig gefangene Insekten (Konsumenten 2. Ordnung).

• Weise nach, welchen Einfluss die verschiedenen Jahreszeiten auf das Ökosystem See haben.

  Tipps

  Kaltes Wasser wird schwerer und sinkt deshalb nach unten.

  Die Dichte von Eis ist geringer als flüssiges Wasser. Deshalb schwimmt es oben.

  Sowohl im Frühling als auch im Herbst werden die Wasserschichten durchmischt. Das nennt man Zirkulation.

  Die Sprungschicht wird auch als Metalimnion bezeichnet.

  Lösung

  Frühling: Die Wassertemperatur im See beträgt ca. 4 °C. Die Oberfläche des Wassers wird durch die Sonne erwärmt, Wind durchmischt das Wasser aller Schichten bis zum Boden (Zirkulation), sodass die Wassertemperatur konstant bleibt.
  Die Zirkulation bewirkt, dass Sauerstoff ($O_2$), der an der Oberfläche durch Fotosynthese produziert wird, Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) und Mineralstoffe im gesamten See verteilt werden.

  Sommer: Die Oberfläche des Sees erwärmt sich stark. Warmes Wasser hat eine geringere Dichte als kaltes Wasser. Deshalb bilden sich (in Abhängigkeit von der Temperatur) verschiedene Schichten. Die größte Dichte hat Wasser bei 4 °C. Es bildet die tiefere Wasserschicht (Hypolimnion).
  Zwischen der oberen Wasserschicht (Epilimnion) und der tieferen Wasserschicht befindet sich die sogenannte Sprungschicht (Metalimnion). Hier fällt die Temperatur stark ab.
  Da sich das Oberflächenwasser nur bis zur Sprungschicht durchmischt und darunter keine weitere Durchmischung stattfindet, befindet sich der See in Stagnation.

  Herbst: Die Oberfläche des Sees kühlt wieder ab, es kommt zur Zirkulation. Die Wassertemperatur ist (wie im Frühling) im ganzen See ungefähr gleich. Herbststürme sorgen dafür, dass sich die im Wasser gelösten Gase ($O_2$, $CO_2$) und Mineralstoffe verteilen.

  Winter: Wenn es kalt wird, bildet sich Eis. Die Dichte von Eis ist geringer als die von Wasser. Deshalb schwimmt Eis oben. Darunter liegt die Wassertemperatur wieder bei ca. 4 °C – das ist die Temperatur, bei der Wasser die höchste Dichte aufweist, also am schwersten ist. Wie auch im Sommer finden wir hier eine Stagnation vor.
  Solange genügend Sauerstoff unter der Eisdecke vorhanden ist und der See tief genug ist, sodass er nicht komplett zufriert, können Tiere und Pflanzen unter der Eisschicht überleben.

• Erläutere, was ein Ökosystem ausmacht.

  Tipps

  Ein Ökosystem ist in seiner Größe nicht begrenzt. Das größte Ökosystem ist die Biosphäre (Raum, in dem Leben vorkommt).

  Ökosysteme sind sich selbst erhaltend, offen, dynamisch und komplex.

  Lösung

  Das Übereinkommen über die biologische Vielfalt ist ein internationales Umweltabkommen, das im Jahre 1993 in Kraft trat. Darin wird der Begriff Ökosystem folgendermaßen definiert:
  „Im Sinne dieses Übereinkommens [...] bedeutet „Ökosystem“ einen dynamischen Komplex von Gemeinschaften aus Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen sowie deren nicht lebender Umwelt, die als funktionelle Einheit in Wechselwirkung stehen.“

  In einem Ökosystem stehen also Organismen mit sich und abiotischen Faktoren (Wind, Wasser etc.) in Wechselwirkung. Es umfasst den Lebensraum (Biotop) und die Lebensgemeinschaften (Biozönose). Ein Ökosystem ist offen und dynamisch, verändert sich also stetig. Es ist in seiner Größe nicht definiert – so können ein Laubwald, ein Baumstumpf oder ein Regentropfen als Ökosystem angesehen werden.

• Erstelle eine Übersicht über die Nähr- und die Zehrschicht.

  Tipps

  Die Nährschicht ist die oberste Schicht eines Sees, die vom Sonnenlicht durchdrungen wird.

  Sonnenlicht ist für den Prozess der Fotosynthese unabdingbar.

  Destruenten zersetzen totes organisches Material (also totes Tier- und Pflanzenmaterial), das auf den Seegrund gesunken ist.

  Lösung

  Die Nährschicht ist die oberste Wasserschicht. Sie wird vom Sonnenlicht durchflutet, sodass Primärproduzenten (Wasserpflanzen, Algen) Fotosynthese betreiben können. Deshalb ist diese Schicht sauerstoffreich, da mehr $O_2$ produziert als durch Zellatmung verbraucht wird.

  In der Zehrschicht ist dagegen (fast) keine Fotosynthese möglich, da sehr wenig Sonnenlicht bis in diese Tiefenschicht vordringt. Hier sind keine Pflanzen zu finden, dafür aber vor allem Destruenten. Sie zersetzen totes organisches Material (abgestorbene Pflanzen, tote Tiere).

  Zwischen der Nähr- und der Zehrschicht befindet sich die Kompensationsebene. Hier deckt die Menge an produziertem $O_2$ genau den $O_2$-Bedarf.

• Begründe, wie und warum ein See „umkippen“ kann.

  Tipps

  Als Anstoßfaktor für einen „umkippenden“ Sees gilt oft die landwirtschaftliche Düngung in Wassernähe. Aber auch Abwässer, die in Seen eingeleitet werden, können eine Eutrophierung verursachen.

  Je mehr Algen, desto mehr Pflanzenfresser (Konsumenten 1. Ordnung), umso mehr Fleischfresser (Konsumenten 2., 3., ... Ordnung). Und je mehr Pflanzenfresser, umso weniger Algen.

  Lösung

  In Düngern und Abwässern sind jede Menge Nährstoffe enthalten, die gerade für Algen eines Sees Lebensgrundlage sind. Wegen des Nährstoffüberflusses (Überdüngung) vermehren sich Pflanzen, Algen und Cyanobakterien stark (Algenblüte). Der See färbt sich grün.
  So steigt auch die Zahl der Fische, die Algen als Nahrungsgrundlage haben. Durch die rasante Vermehrung sterben die Algen massenhaft ab. Auf dem Seeboden werden sie von Destruenten unter Verbrauch von $O_2$ zersetzt.
  Dies hat einen $O_2$-Mangel zur Folge, sodass Fische und andere Tiere daran sterben. Noch mehr totes organisches Material sinkt zum Boden des Sees.
  Fäulnisbakterien sind auch bei $O_2$-Mangel in der Lage, totes organisches Material abzubauen. Allerdings werden dabei giftige und stinkende Gase (Schwefelwasserstoff, Methan) abgegeben, außerdem bildet sich Faulschlamm.
  Das Gleichgewicht, das im See einst herrschte, ist gestört, die meisten Lebewesen im See sind gestorben: Der See ist „umgekippt“. Dieser Vorgang wird auch als Eutrophierung bezeichnet.