Stoffkreisläufe

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Merke
Der Austausch findet Aufgrund des Zusammenspiels von Produzenten, Konsumenten und Destruenten statt.
Kohlenstoff, als Grundstoff des Lebens und Stickstoff, als wichtiger Wachstumsfaktor für Produzenten sind zwei der Stoffe, deren Umwandlung und Austausch in Ökosystemen näher beleuchtet werden sollen. Dabei stehen beim Kohlenstoff Aspekte des menschlichen Eingriffs in die Natur im Blickpunkt, beim Stickstoffkreislauf hauptsächlich die Tatsache, dass Stickstoff als N2 nicht von Pflanzen aufgenommen werden kann.
Expertentipp
Kohlenstoffkreislauf
Der Kohlenstoffkreislauf ist hauptsächlich ein Kohlenstoffdioxid (CO2)-Kreislauf aus vielen Teilschritten:
Assimilation (Aufnahme) von CO2 durch Pflanzen (Fotosynthese) bzw. Abgabe von Kohlenstoffdioxid (Respiration) und damit Rückführung des von den Pflanzen produzierten Sauerstoffs zu CO2.

- CO2 wird aus der Atmosphäre von Pflanzen aufgenommen (Assimilation). Diese produzieren Sauerstoff.
- Sauerstoff wird von Lebewesen, die keine Fotosynthese betreiben, verbraucht (Respiration oder Dissimilation).
- Hierbei wird wieder CO2 produziert, das in die Atmosphäre gelangt.
Auch der Boden ist am Kohlenstoffkreislauf beteiligt:
- Verbrennung fossiler Brennstoffe (Erdöl, Erdgas, Kohle) Diese bestehen zum größten Teil aus Kohlenstoff (Erdöl: 85–90 % Kohlenstoff; Erdgas: Hauptbestandteil gesättigte Kohlenwasserstoffe, z.B. Methan CH4). Kohlenstoffdioxid wird frei und zurück in die Atmosphäre transportiert.
- Weitere Kohlenstoff-Speicher im Boden sind Karbonate (CaCO3, MgCO3, Kalk); gespeicherter Kohlenstoff in Form von Knochen oder Muscheln.
- organische Abfallstoffe, die durch Zersetzungsvorgänge (auch durch Meeresablagerungen) in den Boden gelangen
Kohlenstoffkreislauf in der Hydrosphäre:
- Zwischen einer Meerestiefe bis zu 75 m Tiefe und der Atmosphäre laufen in beiden Richtungen CO2-Diffusionsvorgänge ab.
- Phytoplankton assimiliert CO2, das durch Diffusionsvorgänge ins Wasser gelangt.
- Meerestiere (Fische) nutzen Phytoplankton als Nahrungsquelle, geben mit Exkrementen (Detritus) organisches Material (= Kohlenstoff) ab; dieses wird zersetzt und setzt sich ab.
Merke
Unter natürlichen Bedingungen ist der Kohlenstoffkreislauf geschlossen, und die Gewinn-Verlust-Bilanz ausgeglichen.
Die seit der Industrialisierung forcierte Verbrennung der auf Kohlenstoff basierenden fossilen Brennstoffe bringen den Kohlenstoffkreislauf aus dem Gleichgewicht. So kommt es zu einer deutlichen Zunahme von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre. Viel diskutiert ist dabei das "global warming" und wie Einschränkungen der CO2-Emission eine gesteigerte Erderwärmung und damit ein Ansteigen des Meeresspiegels verhindern können. Ganz aktuell läuft hierzu die Weltklimakonferenz in Doha.
Stickstoffkreislauf
Expertentipp
Neben dem in der Atmosphäre vorkommenden Distickstoff finden sich - für die Produzenten wichtig:
- Ammonium (NH4+ )
- Nitrit (NO2- )
- Nitrat (NO3- )
und in geringen Mengen
- Lachgas (N2O)
Was ist Oxidation, was Reduktion?
Distickstoff, wie er in der Atmosphäre vorkommt ist sehr reaktionsträge. Das heißt, die N2-Form des Stickstoffs ist eigentlich kaum dazu zu bewegen Elektronen abzugeben (=Oxidation) oder welche aufzunehmen (=Reduktion). Betrachtet man die Oxidationszahl des Distickstoffs, so ist diese 0.
Merke
Aufnahme von Elektronen = Reduktion
In der folgenden Tabelle finden sich alle Stickstoffverbindungn, die in der Natur als Mineralstoffe vorkommen und damit zur Aufnahme durch Produzenten vewertbar sind.
Verbindung | Oxidationszahl des Stickstoffs |
Ammonium ($NH_4^+$) | - III |
Nitrit ($NO_2^-$) | + III |
Nitrat ($NO_3^-$) | + V |
Distickstoffoxid ($N_2O$) | + I |
Stickstoff kann biochemisch nur über das Enzym Nitrogenase fixiert werden, welches unter hohem Energieaufwand aus Distickstoff Ammonium herstellt. Das entstandene Ammonium kann von Produzenten aufgenommen und zum Aufbau von Biomasse eingesetzt werden.
Stickstoffkreislauf (terrestrisch)
- Die Atmosphäre besteht aus ca. 80 % Stickstoff. Das Gas N2 ist aber in dieser Form für Pflanzen und Tiere nicht nutzbar.
- 5–10 % gelangen als NH4+ (Ammonium) und NO3- (Nitrat) in den Boden, da sie im Regenwasser oder Feinstaub vorkommen.
- Stickstoff-Fixierung verschiedenster Prokaryoten stellt ein wichtiges Bindeglied zwischen atmosphärischem N2 und verwertbarem Stickstoff dar (Ammoniak, NH3, Ox.-Zahl: - III)).
- NH4 wird von aeroben Bakterien zu Nitrit oder Nitrat oxidiert. Die Nitrifikation stellt den Pflanzen Nitrat/Nitrit zur Verfügung.
- Unter anaeroben Bedingungen wird wieder Sauerstoff gewonnen, indem Nitrat NO3- in N2 zurückverwandelt wird (Denitrifikation).
Merke
Video: Stoffkreisläufe
Hinweis:
Bitte kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. Es können auch mehrere Aussagen richtig oder alle falsch sein. Nur wenn alle richtigen Aussagen angekreuzt und alle falschen Aussagen nicht angekreuzt wurden, ist die Aufgabe erfolgreich gelöst.
Kommentare zum Thema: Stoffkreisläufe
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Martina Henn-Sax schrieb am 30.03.2015 um 21:15 UhrHallo Badmaser, bei mir sieht alles gut aus....ich kläre das mit der Technik! Danke für Deinen Hinweis. Gruß Martina Henn-Sax
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badmaser schrieb am 30.03.2015 um 12:38 Uhranmerkung, das erste video ist in der tabelle plaziert, ist das gewollt ??
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Martina Henn-Sax schrieb am 24.02.2015 um 14:48 UhrHi Kimberley, als Nitrifikation wird die bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH3) bzw. Ammonium-Ionen (NH4+) zu Nitrat (NO3−) bezeichnet. Der Prozess ist in zwei Teile gegliedert: Im ersten Teil wird Ammoniak zu Nitrit oxidiert, dann das Nitrit im zweiten Teilprozess zu Nitrat oxidiert wird... Gruß Martina Henn-Sax
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Kimberley Krendl schrieb am 24.02.2015 um 13:09 UhrKann es sein, dass in dem Video zum Stickstoff- Kreislauf der Begriff "Nitrifikation an der falschen Stelle ist? Denn bislang dachte ich, dass die Nitrifikation zwischen Ammonium und Nitrit und nicht zwischen Nitrit und Nitrat stattfindet..
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