abiweb
online lernen

Die perfekte Abiturvorbereitung
in Biologie

Im Kurspaket Biologie erwarten Dich:
  • 123 Lernvideos
  • 515 Lerntexte
  • 1880 interaktive Übungen
  • original Abituraufgaben

Stoffkreisläufe

Ökosysteme

Merke

Hier klicken zum AusklappenIm Ökosystem werden Stoffe ausgetauscht und umgewandelt. Das Ökosystem ist ein für Stoffe geschlossenes System.

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

Hier klicken zum AusklappenIn den inhaltlichen Schwerpunkten für NRW ist nur der Stickstoffkreislauf genannt. Trotzdem - der Vollständigkeit wegen - hier auch der Kohlenstoffkreislauf!

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.

Kohlenstoffkreislaufs. Stellen Sie Produzenten und Konsumenten des Kohlenstoffs dar. Wo wird Kohlenstoff gespeichert? Was bringt den Kreislauf ins wanken? Im Wald findet sich ein sehr ?kleiner? Nährstoffkreislauf, indem das auf dem Waldboden gelagerte Laub durch Destruenten abgebaut und mineralisiert wird. Im kommenden Frühjahr stehen diese Mineralstoffe bereits wieder zur ?Düngung? der Bäume zur Verfügung.
Kohlenstoffkreislauf: Stellen Sie Produzenten und Konsumenten des Kohlenstoffs dar. Wo wird Kohlenstoff gespeichert? Was bringt den Kreislauf ins wanken?
  • 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

Hier klicken zum Ausklappen

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

Hier klicken zum AusklappenDa der biogeochemische Kreislauf des Stickstoffs in den Themenschwerpunkten von NRW explizit erwähnt wird, anbei ein kleiner Ausflug in die Chemie.

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

Hier klicken zum AusklappenAbgabe von Elektronen       =   Oxidation
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.

VerbindungOxidationszahl 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: N2 kann nicht direkt von Pflanzen aufgenommen werden! Ammonium, Nitrit und Nitrat hingegen schon. Details des Stickstoffkreislaufs im Text.
Stickstoffkreislauf

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

Hier klicken zum AusklappenStickstoff muss reduziert werden um von Produzenten in Biomasse umgewandelt werden zu können. Symbiotische Bakterien in den Wurzeln bestimmter Produzenten verhelfen den Pflanzen zur benötigten Ammoniumaufnahme.
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Ökologie

abiweb - Abitur-Vorbereitung online (abiweb.de)
Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Was ist Ökologie? Grundlegende Regeln im Haushaltsspiel der Natur
    • Einleitung zu Was ist Ökologie? Grundlegende Regeln im Haushaltsspiel der Natur
    • Ökologie als Thema im Abitur
    • Umweltfaktoren
    • Physiologische und ökologische Potenz
    • Zeigerorganismen
    • Einfluss abiotischer Faktoren
      • Einleitung zu Einfluss abiotischer Faktoren
      • Einfluss der Temperatur auf Lebensvorgänge
        • Einleitung zu Einfluss der Temperatur auf Lebensvorgänge
        • Regelkreise (generell)
        • Regelkreis zur Thermoregulation
      • Einfluss der Temperatur auf Pflanzen
      • Einfluss von Wasser- und Ionenverfügbarkeit auf Pflanzen
        • Einleitung zu Einfluss von Wasser- und Ionenverfügbarkeit auf Pflanzen
        • Wasser- und Stofftransport in der Pflanze
        • Osmoregulation: Meerestiere-Süßwassertiere-Landtiere
      • Extrembereiche des Lebens
      • Fotosynthese
    • Einfluss biotischer Umweltfaktoren
      • Einleitung zu Einfluss biotischer Umweltfaktoren
      • Konkurrenzausschlußprinzip
    • Zusammenfassung: Was ist Ökologie?
  • Überlebensstrategien
    • Einleitung zu Überlebensstrategien
    • Parasitismus
      • Einleitung zu Parasitismus
      • Malaria - ein Beispiel für Parasitismus
    • Symbiose
    • Zusammenfassung: Überlebensstrategien
  • Populationsökologie- und wachstum
    • Einleitung zu Populationsökologie- und wachstum
    • Regulation des Populationswachstums
      • Einleitung zu Regulation des Populationswachstums
      • Dichteabhängige und dichteunabhängige Regulation des Populationswachstums
    • Räuber und Beute (Lotka-Volterra)
    • Zusammenfassung: Populationsökologie
  • Ökosysteme
    • Einleitung zu Ökosysteme
    • Spieler im Ökosystem
    • Räumliche und zeitliche Struktur des Ökosystems
    • Mosaik-Zyklus-Theorie
    • Sukzession
    • Energiefluss und Trophieebenen
      • Einleitung zu Energiefluss und Trophieebenen
      • Schadstoffanreicherung - Umkehrung der Nahrungskette
    • Stoffkreisläufe
      • Einleitung zu Stoffkreisläufe
      • Einfluss abiotischer und biotischer Faktroren auf den Stickstoffkreislauf
  • aquatische Ökosysteme
    • Einleitung zu aquatische Ökosysteme
    • stehendes Gewässer - See
      • Einleitung zu stehendes Gewässer - See
      • See im Wechsel der Jahreszeiten
      • Stoffkreislauf im See
    • Fließgewässer
      • Einleitung zu Fließgewässer
      • Selbstreinigung
        • Einleitung zu Selbstreinigung
        • Gewässergüte
          • Einleitung zu Gewässergüte
          • Messwerte zur Bestimmung der Wassergüte
          • Saprobienindex
          • Phosphatfalle und Überdüngung
        • Gewässergüteklassen
      • Beispiele zur Renaturierung von Fließgewässern
  • terrestrisches Ökosystem
    • Einleitung zu terrestrisches Ökosystem
    • Aufbau des Waldes
    • Aufbau des Waldbodens
    • Vegetationsaufnahmen
      • Einleitung zu Vegetationsaufnahmen
      • Standortbeurteilungen (Zeigerwerte)
    • Funktionen des Waldes
    • Waldsterben
  • Zusammenfassung: Ökosysteme
    • Einleitung zu Zusammenfassung: Ökosysteme
  • Nachhaltige Entwicklung
    • Einleitung zu Nachhaltige Entwicklung
    • ökologische Schädlingsbekämpfung
    • nachhaltige Bodennutzung
    • Fallbeispiel: Naturfreibad Grone
    • Klimawandel
    • Zusammenfassung: Nachhaltige Entwicklung
  • Literatur Ökologie
    • Einleitung zu Literatur Ökologie
  • Ende des Kurses Ökologie
    • Einleitung zu Ende des Kurses Ökologie
  • 65
  • 15
  • 290
  • 73