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1 Naturschutz | Naturschutz Ausbildung Thema: Stoffkreisläufe mit globalem CO 2 -Kreislauf 7.2.5.2 Stoffkreisläufe | 2010.

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1 1 Naturschutz | Naturschutz Ausbildung Thema: Stoffkreisläufe mit globalem CO 2 -Kreislauf Stoffkreisläufe | 2010

2 2 Naturschutz | Gliederung 1. Stoffkreisläufe 2. Nährstoffkreislauf 3. Kohlenstoffkreislauf 4. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde 5. CO 2 Klimaproblematik (globale Erwärmung) Stoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

3 3 Naturschutz | Während die Sonne als Energiequelle für Lebensprozesse nahezu unerschöpflich ist, sind die für den Aufbau organischer Substanz lebensnotwendigen chemischen Elemente auf der Erde nur in begrenzter Menge vorhanden.  Daher ist das Leben auf der Erde auf die Wiederverwertung essentieller Elemente angewiesen. Durch fortlaufende Auf- und Abbauprozesse zirkulieren die Elemente in den Organismen, Ökosystemen und der Biosphäre. Dieser Prozess wird als Stoffkreislauf bezeichnet. Einführung Stoffkreisläufe | 2010

4 4 Naturschutz | Treibende Kraft für die Stoffkreisläufe ist ein Zusammenwirken von biologischen, geologischen und chemischen Prozessen unter Beteiligung biotischer (belebter) und abiotischer (unbelebter) Komponenten der Ökosysteme.  Man spricht deshalb auch von Biogeochemischen Stoffkreisläufen. Biogeochemische Stoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

5 5 Naturschutz | Für jedes der in einem Lebewesen vorkommenden Elemente können die spezifischen Stoffkreisläufe isoliert betrachtet werden. Lebenswichtige Stoffkreisläufe sind z.B. die der Elemente Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P) und Schwefel (S) aus denen alle Lebewesen auf der Erde aufgebaut sind. Stoffkreisläufe der Elemente Stoffkreisläufe | 2010

6 6 Naturschutz | Die großen Teilsysteme des „Ökosystems Erde“ sind durch Stoffkreisläufe und Energieflüsse miteinander verbunden. Stoffkreisläufe im Ökosystem Erde Stoffkreisläufe | 2010

7 7 Naturschutz | Stoffkreisläufe 1. Stoffkreisläufe 2. Nährstoffkreislauf 3. Kohlenstoffkreislauf 4. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde 5. CO 2 Klimaproblematik (globale Erwärmung) Stoffkreisläufe | 2010

8 8 Naturschutz | An dem lebensnotwendigen "Recycling"-Prozess in den biogeochemischen Stoffkreisläufen sind die Lebewesen durch Nahrungsaufnahme und Stoffwechsel maßgeblich beteiligt.  Lebewesen tauschen durch Nährstoffaufnahme, Atmung und Ausscheidung von Abfallprodukten ständig chemische Bestandteile mit der Umwelt aus. Lebewesen im Nährstoffkreislauf Stoffkreisläufe | 2010

9 9 Naturschutz | Bei den Organismen lassen sich verschiedene Ernährungstypen und Ernährungsformen unterscheiden, die über die Nahrungskette eine vielfältig vernetzte Ernährungs-gemeinschaft entwickeln und sich entsprechend ihrer Nahrungsquelle verschiedenen Trophiestufen (= Nahrungsstufen) zuordnen lassen:  Produzenten (Hersteller),  Konsumenten (Verbraucher) und  Reduzenten bzw. Destruenten (Zersetzer). Trophiestufen Stoffkreisläufe | 2010

10 10 Naturschutz | Nahrungsgrundlage für alle anderen Organismen sind die Produzenten. Dazu gehören grüne Pflanzen, Algen und einige Bakterien, die in der Lage sind, anorganische Verbindungen in organische körpereigene Verbindungen umzuwandeln. Trophiestufen Stoffkreisläufe | 2010

11 11 Naturschutz | Konsumenten und Destruenten dagegen müssen organische Substanzen aufnehmen, um Energie und lebenswichtige Substanzen für ihren Stoffwechsel zu gewinnen. Trophiestufen Stoffkreisläufe | 2010 Die von den Produzenten synthetisierte organische Substanz wird über verschiedene Konsumentenstufen im Nahrungsnetz weitergegeben und schließlich von den Destruenten abgebaut.

12 12 Naturschutz | Beispiel für eine Nahrungskette Nahrungskette Stoffkreisläufe | 2010

13 13 Naturschutz | Die in der organischen Substanz gebundenen Elemente gelan-gen so in pflanzenverwertbarer Form zurück in die abiotische Umwelt (Atmosphäre, Boden, Wasser)  und stehen den pflanzlichen Produzenten wieder für den Aufbau neuer organischer Substanz zur Verfügung.  Damit schließt sich der Nährstoffkreislauf. Nährstoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

14 14 Naturschutz | In einem intakten Ökosystem wird die Stoffbilanz durch die Beteiligung aller darin vorkommenden Lebewesen ausgeglichen und befindet sich in einem biologischen Gleichgewicht.  Dieses dynamische Gleichgewicht reguliert sich bei genügend großer Artenvielfalt selbst.  Die Folgen menschlicher Eingriffe in Ökosysteme sind oft nicht vorhersehbar und oft unumkehrbar (irreversibel). Nur wenn wir das wechselseitige Zusammenspiel von Lebensgemeinschaften in der Natur verstehen, wird es gelingen, irreversible Umweltschäden langfristig zu vermeiden. Gleichgewicht im Stoffkreislauf Stoffkreisläufe | 2010

15 15 Naturschutz | Nährstoffkreislauf und Nahrungsbeziehungen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten; nach Campbell Nährstoffkreislauf Stoffkreisläufe | 2010

16 16 Naturschutz | 1. Stoffkreisläufe 2. Nährstoffkreislauf 3. Kohlenstoffkreislauf 4. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde 5. CO 2 Klimaproblematik (globale Erwärmung) Stoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

17 17 Naturschutz | Unter dem sog. Kohlenstoffkreislauf versteht man die zyklische Umsetzung des Kohlenstoffs (C) in der Biosphäre. Der Kohlenstoffkreislauf wird im wesentlichen durch die lebenden Organismen in Gang gehalten. Kohlendioxid (CO 2 )-Molekül Einführung in den Kohlenstoffkreislauf Stoffkreisläufe | 2010

18 18 Naturschutz | Dabei werden jährlich 6-7% des in der Atmosphäre und im Oberflächenwasser vorhandenen Kohlendioxids (CO 2 ) von Pflanzen (Produzenten) sowie den Tieren (Konsumenten) und Bakterien und Pilzen (Destruenten) umgesetzt Stoffkreisläufe | 2010 Dieser weitgehend ausgeglichene Kohlenstoffkreislauf wird besonders durch die zunehmende Verfeuerung fossiler Brennstoffe gestört Einführung in den Kohlenstoffkreislauf

19 19 Naturschutz | Insgesamt werden innerhalb des Kohlenstoffkreislaufes global drei Teilzyklen beschrieben: 1.) der Biosphäre/Atmosphärenzyklus 2.) der Lithosphären/Plattenzyklus 3.) der Gesteinszyklus Kohlenstoffkreislauf Stoffkreisläufe | 2010

20 20 Naturschutz | Der Kreislauf des Kohlenstoffs in der Biosphäre beginnt mit der Photosynthese, bei der die grünen Pflanzen und Algen als Produzenten Kohlenstoffdioxid verbrauchen, das in der Atmosphäre oder im Wasser gelöst vorliegt. Ein Teil des Kohlenstoffes wird im Zellgewebe der Pflanzen in Form von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen eingelagert, der Rest wird durch Atmung wieder an die Atmosphäre oder ins Wasser abgegeben. Biosphären/ Atmosphärenzyklus Stoffkreisläufe | 2010

21 21 Naturschutz | Der in den Pflanzen gebundene Kohlenstoff wird von Pflanzenfressern (Primär-Konsumenten) aufgenommen, durch deren Stoffwechsel die Kohlenstoffverbindungen in vielfältiger Weise gespalten und umgebaut werden. Biosphären/ Atmosphärenzyklus Stoffkreisläufe | 2010

22 22 Naturschutz | Ein großer Teil davon wird bei der Atmung in Form von Kohlenstoffdioxid als Nebenprodukt des Stoffwechsels freigesetzt, ein kleiner Teil wird jedoch im tierischen Gewebe eingelagert und auf Fleischfresser (Sekundär-Konsumenten), die sich von den Pflanzenfressern ernähren, übertragen. Stoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

23 23 Naturschutz | Beim Absterben der Pflanzen und Tiere werden alle Kohlenstoffverbin- dungen durch die Destruenten (Zersetzer) aufgebrochen und der größte Teil des Kohlenstoffes wird wiederum als gasförmiges Kohlenstoffdioxid frei, um erneut von Pflanzen aufgenommen werden zu können.  Nicht zersetzter oder veratmeter Kohlenstoff bildet fossile Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) und wird beim Verbrennungsvorgang (gebunden an Sauerstoff) wieder in seine Ausgangsform, das Kohlenstoffdioxid, überführt.  Kohlenstoffdioxid entsteht auch in großem Umfang bei Brandrodungen. Stoffkreisläufe (Schwefelporling) Stoffkreisläufe | 2010

24 24 Naturschutz | Da 70% der Erde mit Wasser bedeckt sind, und Wasser eine bemerkenswerte Kohlenstoffdioxid- Löslichkeit hat,  findet auch ein ständiger Austausch von Kohlenstoffdioxid zwischen der Atmosphäre und den Meeren statt.  Zusätzlich findet ein Kreislauf innerhalb der Ökosysteme des Wassers statt, an dem pflanzliches und tierisches Plankton sowie Fische und andere Meereslebewesen beteiligt sind. Bedeutung des Meeres Stoffkreisläufe | 2010

25 25 Naturschutz | Überschüssige Carbonate können sich z. B. in Form von Kalk ausfällen und in den Bodenschichten absetzen. Auch die Schalen und Krusten vieler Meereslebewesen bestehen aus Kalk, der bei ihrem Tod den Sedimenten zugeführt wird. Jährlich werden etwa einhundert Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid zwischen der Atmosphäre und den Meeren ausgetauscht. Bedeutung von Meereslebewesen Stoffkreisläufe | 2010

26 26 Naturschutz | Übersicht über den Biosphäre/Atmosphären-Zyklus des Kohlenstoffkreislauf; Quelle: Biosphären/ Atmosphärenzyklus Stoffkreisläufe | 2010

27 27 Naturschutz | Neben Magnesium(carbonat), Eisen und Silizium bestehen diese auch aus Kalzium(carbonat), was für den Kohlenstoffzyklus wichtig ist. Da sich die Platten samt Sediment untereinander schieben und schmelzen, kommen diese als Lava (CO 2, Kalzium, Wasserdampf) durch vulkanische Eruptionen und Bodenausgasungen an die Oberfläche bzw. in die Ozeane. Lithosphären/ Plattenzyklus Stoffkreisläufe | 2010 Darunter versteht man die Verschiebung der Kontinental-platten der Erdkruste.

28 28 Naturschutz |  Durch die Kollision der Platten werden Gebirge gebildet.  Durch Verwitterung gelangen Bestandteile wie Sandkörner, Lehm und Kalkstein in die Flüsse und Meere.  Dort sinken Sie an den Boden, bilden Sediment, das von den marinen wirbellosen Organismen aufgenommen wird und in deren Kalkschalen gespeichert werden, die beim Tod wieder Sediment bilden. Gesteinszyklus Stoffkreisläufe | 2010

29 29 Naturschutz | 1. Stoffkreisläufe 2. Nährstoffkreislauf 3. Kohlenstoffkreislauf 4. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde 5. CO 2 Klimaproblematik (globale Erwärmung) Stoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

30 30 Naturschutz | Kohlenstoff kommt in Form anorganischer Verbindungen (>99%) im Boden als Kohle, in verschiedenen Carbonaten (Salzen der Kohlensäure) z.B. als Kalziumcarbonat (Kalk), als im Wasser gelöstes Kalziumhydrogencarbonat und in der Atmosphäre als gasförmiges CO 2 und Methan (CH 4 ) vor. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde Stoffkreisläufe | 2010

31 31 Naturschutz | In organischer gebundener Form (0,05%) findet man Kohlenstoff-Verbindungen als Erdgas oder Erdöl, in allen lebenden und toten (Detritus) Organismen, aber auch in lebenden Mikroorganismen bis in große Tiefen. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde Stoffkreisläufe | 2010

32 32 Naturschutz | Den mit Abstand größten Kohlenstoffspeicher (> 99%) stellt das Sediment mit Gigatonnen (Gt) dar gefolgt vom Meer ( Gt) den fossilen Brennstoffen (5 000 Gt) dem Boden (1 500 Gt) der Atmosphäre (750 Gt) und der Vegetation (550 Gt) Kohlenstoffspeicher Stoffkreisläufe | 2010

33 33 Naturschutz | Inhalte der verschiedenen Kohlenstoffspeicher der Erde, veranschaulicht durch Würfelvolumina; Quelle: Hamburger Bildungsserver Kohlenstoffspeicher Stoffkreisläufe | 2010

34 34 Naturschutz | Gesamtübersicht über die Kohlenstoffkreisläufe und Kohlenstoffspeicher auf der Erde; Quelle: Hamburger Bildungsserver Kohlenstoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

35 35 Naturschutz | 1. Stoffkreisläufe 2. Nährstoffkreislauf 3. Kohlenstoffkreislauf 4. Kohlenstoffvorkommen auf der Erde 5. CO 2 Klimaproblematik (globale Erwärmung) Stoffkreisläufe Stoffkreisläufe | 2010

36 36 Naturschutz | Durch die Verbrennung riesiger Mengen an fossiler Brennstoffe in Industrie, Verkehr und Haushalten gelangt der darin gebundene Kohlenstoff als CO 2 in enormen Mengen wieder in den Kreislauf. Zusätzlich wird CO 2 auch bei Bränden von Wäldern – in jüngster Zeit insbesondere bei Brandrodung von Regenwäldern - in die Atmosphäre freigesetzt und so dieser Kohlenstoffspeicher ebenfalls entleert. CO 2 -Klimaproblematik (globale Erwärmung) Stoffkreisläufe | 2010

37 37 Naturschutz | Derzeit werden durch die Zivilisation jährlich ca Gt CO 2 durch Rodung, Verbrennung von Kohle und Öl, und Zementherstellung, emittiert. Dies sind ca. 5% des Gesamtgleichgewichts von ca. 550 Gt CO 2 /Jahr. Kohlenstoffemissionen Stoffkreisläufe | 2010

38 38 Naturschutz | Durch diese und andere Vorgänge ist der CO 2 -Gehalt der Luft seit der industriellen Revolution langsam, aber kontinuierlich angestiegen.  Die CO 2 -Konzentration hat sich von geschätzten 260 ppm bis 300 ppm (ppm = Teile je eine Million Teile) in der Zeit vor der industriellen Revolution auf heute über 370 ppm erhöht. Der tatsächliche, durch die Industrialisierung bedingte Kohlendioxidausstoß war jedoch vermutlich etwa doppelt so hoch, da wahrscheinlich 50% des Ausstoßes von den Meeren aufgenommen und dort gespeichert wurden. Anstieg des CO 2 -Gehaltes der Luft Stoffkreisläufe | 2010

39 39 Naturschutz | Anstieg der CO 2 -Konzentration in der Erdatmosphäre im Zeitraum von 1000 n. Chr. bis heute. Quelle Wikipedia. CO 2 -Gehalt (ppm) Jahre n. Chr. CO 2 -Gehalt der Luft Stoffkreisläufe | 2010

40 40 Naturschutz | Anstieg der CO 2 -Konzentration in der Erdatmosphäre im Zeitraum von 1958 bis Quelle Wikipedia CO 2 -Gehalt der Luft Stoffkreisläufe | 2010

41 41 Naturschutz | Kohlendioxid (CO 2 ) bildet zusammen mit anderen Treibhausgasen (Methan, FCKW, Wasser) in der Atmosphäre eine Art Wärmedämmschicht (Treibhauseffekt). Kurzwellige Strahlung der Sonne kann durch diese Schicht bis auf die Erdoberfläche durchdringen, die Abstrahlung langwelliger Strahlen von der Erde wird jedoch vermindert. Dadurch heizen sich die unteren Schichten der Erdatmosphäre auf. Treibhauseffekt Stoffkreisläufe | 2010

42 42 Naturschutz | Da sich aufgrund der Luftverschmutzung der CO 2 -Gehalt der Luft erhöht hat, wird die unsichtbare Wärmedämmschicht immer undurchlässiger, wodurch immer weniger Wärme ins Weltall abgestrahlt werden kann und es zu einem weltweiten Temperaturanstieg, der globalen Erwärmung, kommt. Globale Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

43 43 Naturschutz | Der geschätzte weitere CO 2 -Anstieg durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe lässt einen globalen Temperatur- anstieg von circa 2 bis 6 °C bis Ende des 21. Jahrhunderts möglich erscheinen. Quelle: Globale Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

44 44 Naturschutz | Klimatische Extremereignisse Die globale Erwärmung führt zu einer Zunahme der Häufigkeit von klimatischen Extremereignissen wie Stürmen, Gewitter, Hagel und Starkniederschlägen mit entsprechend erhöhten Risiken für alle, die in den Bergen unterwegs sind. Mögliche Folgen der globalen Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

45 45 Naturschutz | Klimatische Extremereignisse Im Sommer kommt es zu einer Zunahme von Starkniederschlägen mit erhöhter Gefahr von Murenabgängen, Erdrutschen, Hochwasser und Überschwemmungen. Mögliche Folgen der globalen Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

46 46 Naturschutz | Klimatische Extremereignisse Sogenannte Jahrhunderthochwasser, deren Name aus ihrer Wahrscheinlichkeit des Auftretens ein Mal in hundert Jahren her rührt, werden künftig vermehrt erwartet, da sich die begünstigenden Großwetterlagen (heftige Schneefälle und Starkniederschläge) häufen. Mögliche Folgen der globalen Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

47 47 Naturschutz | Klimatische Extremereignisse Im Winter besonders heftige Schneefälle mit sehr großen Schneemengen innerhalb kürzerer Zeit – dadurch erhöhte Lawinengefahr mit erhöhten Risiken für Touren- u. Schneeschuhgeher, Skifahrer, Bergdörfer u. Straßen). Mögliche Folgen der globalen Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

48 48 Naturschutz | Gletscherrückgang Szenarien für das 21. Jahrhundert zeigen an, dass bei einer durchschnittlichen Erwärmung um 3 °C bis ins Jahr 2100 die Gletscher der Alpen etwa 80% der noch im Zeitraum zwischen 1971 und 1990 vorhandenen Fläche verloren haben werden. Eine Erwärmung um 5 °C würde praktisch zum vollständigen Verlust an Gletschereis führen. z.B. Rhonegletscher Mögliche Folgen der globalen Erwärmung Stoffkreisläufe | 2010

49 49 Naturschutz | Auftauen der Permafrostböden Dieser Rückgang der Gletscher führt zu einem Schmelzen von bisher ständig gefrorenen Gebieten (= Permafrost), in denen zerklüftetes Gestein wie Kleber vom Eis zusammengehalten wurde. Eine Temperaturerhöhung von 1 bis 2°C bis Mitte des 21. Jahrhunderts hätte ein Ansteigen der Permafrost- Untergrenze von 200 bis 750 m zur Folge Stoffkreisläufe | 2010 Mögliche Folgen der globalen Erwärmung

50 50 Naturschutz | Auftauen der Permafrostböden Dadurch steigt die Gefahr von Felsabstürzen und Murgängen. Außerdem nimmt die Bodeninstabilität zu, wodurch Installationen in großen Höhen (wie Seilbahnen, Masten etc.) destabilisiert werden, z.B. Felssturz am Eiger, Abbruch des Bonatti-Pfeilers Stoffkreisläufe | 2010 Mögliche Folgen der globalen Erwärmung

51 51 Naturschutz | Erhöhte Waldbrandgefahr Durch die globale Erwärmung kann es zu einem Anstieg der Anzahl, Stärke und Dauer von Waldbränden kommen. Dieser Anstieg hängt eng mit beobachtbaren steigenden Frühlings- und Sommertemperaturen und einer immer früher einsetzenden Schneeschmelze zusammen Stoffkreisläufe | 2010 Mögliche Folgen der globalen Erwärmung

52 52 Naturschutz | Am Treibhauseffekt ist nach heutiger Kenntnis CO 2 neben FCKW, Wasserdampf, und Methan (das in beträchtlichen Mengen beim Reisanbau entsteht und von Kühen abgegeben wird) und anderen Gasen zu 50% beteiligt Stoffkreisläufe | 2010 Treibhauseffekt Maßnahmen zur Verminderung des CO 2 Ausstoßes durch Haushalte, Industrie und Verkehr stehen deshalb an erster Stelle eines globalen Klimaschutzes !!!

53 53 Naturschutz | Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit und euer Interesse! Stoffkreisläufe | 2010

54 54 Naturschutz |7.1.4 Geologie | 2010 Präsentation: Stoffkreisläufe und globaler CO 2 -Kreislauf © 2010 Bergwacht Bayern Konzept, Inhalt: Arbeitskreis Naturschutz der Bergwacht-Region Hochland Ausarbeitung: Dr. Cölestin Allgäuer-Lechner (BW Benediktbeuern) Layout: Georg Schober jun. 1. Auflage: 2010


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