VL5-C und N Kreislauf Flashcards
Was ist denn die 6. Erdsphäre und welche Bedeutung hat sie für die Stoff- und Energieflüsse im Ökosystem Erde?
- Biosphäre
- Pedosphäre
- Lithosphäre
- Hydrosphäre
- Atmosphäre
- Technosphäre = Dichte Hülle aus menschengemachten Strukturen
• Bedeutung:
◦ verändert chemische und biologische Kreisläufe
◦ beeinflusst das Erdklima
◦ Spanne reicht von Häusern, Fabriken, Straßen oder Brücken über Maschinen und technische Geräte bis
hin zu Häfen, Bergwerken oder sogar künstlichen Inseln
◦ nach Schätzungen von Wissenschaftler hat Technosphäre eine Masse von 30 Billionen Tonnen
◦ im Gegensatz zu vielen biologischen Relikten sind viele unserer Daseinsspuren kaum abbaubar und
werden daher noch Jahrmillionen überdauern → „Technofossilien“
Biogeochemie umfasst alle Erdsphären: Biosphäre, Pedosphäre, Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre
welche gemeinsame Grundprozesse haben biogeochemischen Kreisläufe ?
(1) Input, (2) interner Kreislauf und (3) Output
Definition Kohlenstoffkreislauf
chemische Umwandlungen kohlenstoffhaltiger Verbindungen in den einzelnen Erdsphären sowie den Austausch dieser Verbindungen zwischen diesen Erdsphären
Kohlenstoffspeicher (Reservoir)
Kenngrößen
- Reservoir hat eine Speicherkapazität und einen gespeicherten Kohlenstoffvorrat, auch Kohlenstoffpool genannt.
- Jedes Erdsphäre (Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre, Pedosphäre und Biosphäre) bildet einen
- Kenngrößen: (1) Zufluss, (2) Verweildauer im Reservoir und (3) Abfluss
Kohlenstoffquelle, Kohlenstoffsenke
Quelle gibt mehr Kohlenstoff ab
Senke nimmt mehr Kohlenstoff auf
Lithosphäre
umfasst die äußeren festen Gesteinsschichten der Erde
Nettoprimärproduktion
Differenz zwischen C-Aufnahme durch Photosynthese und C-Abgabe durch Respiration (Veratmung)
Nettoökosystemproduktion
jährliche Zunahme an Biomasse eines Ökosystems pro Flächeneinheit,
-!!!! von Bruttoprimärproduktion wird die gesamte Ökosystemrespiration der autotrophen und heterotrophen Organismen abgezogen !!!!!
Bruto-Respiration=Netto
wovon Geschwindigkeit d. Kohlenstoffkreislauf abhängig?
Sauerstoffverfügbarkeit, Temperatur und Niederschlag
- Tropische Regenwälder: feucht und warm = hohe Geschwindigkeit
- Boreale Nadelwälder: kühl und trocken = niedrige Geschwindigkeit
Welche 2 Prozesse kennt man, die Fixierung von Luftstickstoff wieder umkehren können und die beteiligten Organismen?
- Denitrifikation = Umwandlung von Nitrat über Stickstoffmonoxid und Lachgas zu molekularen Stickstoff
◦ anaerobe Prozess
◦ denitrifizierende Bakterien betreiben Nitratatmung → Energiegewinnung
◦ z.B. E.coli - Anammox = anaerobe Ammonium-Oxidation
◦ Bakterien besitzen spezielle Organellen → Anammoxosomen
◦ von Bakterien zur Energiegewinnung genutzt
◦ NH4++N2O→N2+H2O
Nennen und erläutern Sie ein Beispiel, wo sich der Mensch einen natürlich vorkommenden Prozess des Kohlenstoffkreislaufes technisch nutzbar macht.
Fossile Brennstoffe:
Erdöl
- Biogasanlagen:
- Erzeugung von Biogas durch Vergärung von Biomasse
- meist aus gut abbaubarer Biomasse wie Gülle, Energiepflanzen (vor allem Mais-, Getreide- und Grassilage), landwirtschaftlichen Nebenprodukten oder Bioabfällen.
- Verschiedene Arten von Mikroorganismen nutzen die komplex zusammengesetzte Biomasse (vor allem Kohlenhydrate, Fette und Proteine) als Nährstoff- und Energielieferanten.
- Hauptprodukte des anaeroben Abbaus sind das energiereiche Methan (CH4) und Kohlenstoffdioxid (CO2).
Die Methode könnte als eine Analogie zum anaeroben Methangasherstellung im Magen- Darm-Trakts von Wiederkäuer gesehen werden. Dabei essen die Wiederkäuer Pflanzen, diese werden verdaut und als CO2 und Methan wieder dem Kreislauf zugeführt. Pflanzen nehmen Co2 für Photosynthese
Welche Kohlenstoffspeicher sind Bestandteil des kurzfristigen Kohlenstoffkreislaufes? Welche drei Prozesse spielen eine zentrale Rolle?
Größter Kohlenstoffspeicher ist Lithosphäre → langfristiger C-Kreislauf
• Athmosphärischer Kohlenstoffspeicher (CO2) ist Bestandteil der kurzfristigen Kreisläufe, wegen höchster
Kohlenstoff-Flussrate
• Biosphäre & Hydrosphäre sind ebenfalls Motoren der kurzfristigen Kreisläufe → schnelle Stoffflüsse
• Prozesse:
◦ Photosynthese
◦ Atmung & Gärung
◦ Verbrennung fossiler Energieträger
Jede Erdsphäre bildet einen Kohlenstoffspeicher mit einer bestimmten Speicherkapazität und einem gespeicherten Vorrat. Zwischen den Speichern gibt es Kohlenstoffflüsse. Wann ist ein Reservoir eine Kohlenstoffquelle bzw. Kohlenstoffsenke?
sechs größten Kohlenstoffreservoire der äußeren Hülle der Erde:
◦ Atmosphäre → CO2
◦ Hydrosphäre → Carbonat, Hydrogencarbonat
◦ Lithosphäre → Kalk, fossile Rohstoffe, Humus
• vier wichtige Prozesse, die beim Kohlenstoffkreislauf eine zentrale Rolle spielen:
◦ Photosynthese
◦ Atmung & Gärung
◦ physikalische und biologische C-Pumpe
◦ Karbonat-Gegenpumpe
◦ C-Reaktionsketten im Wasser
• Kenngrößen: Zufluss, Verweildauer im Reservoir, Abfluss
• Wann?: gibt ein Reservoir R1 pro Zeiteinheit mehr Kohlenstoff an Reservoir R2 ab, als R2 aufnimmt, handelt
es sich bei R1 um eine Kohlenstoffquelle, während R2 eine Kohlenstoffsenke ist
• z.B. Permafrostböden sind Kohlenstoffsenken, wenn sie aber weiter auftauen → CO2 frei → Böden zu Kohlenstoffquellen; MO verbrauchen in aufgetauten Permafrostböden viel Sauerstoff → Problem
• Ozeane sind C-Senken, wenn diese sich erwärmen ist die CO2-Aufnahmekapazität gesenkt
Einfluss des Menschen auf die Stoffkreisläufe durch landwirtschaftliche Bewirtschaftungsmaßnahmen am Beispiel Bewässerung. Auf welche klimarelevanten Stoffflüsse wirkt sich die Bewässerung aus?
Durch Bewässerung → verbessertes Pflanzenwachstum → organischer C-Gehalt steigt → mehr Biomasse (auch unterirdisch → Wurzelextrudate) gebildet
• daraus folgt höhere mikrobielle Aktivität (durch die vermehrte Wurzelbildung der Pflanzen) → organ. C- Gehalt sinkt → erhöhte CO2-Emissionen → Nitrifikationsrate steigt
- Sauerstoffgehalt im Boden sinkt → durch Bewässerung füllt sich der wassergefüllte Porenraum im Boden → erhöhen sich anaerobe Zonen → erhöhte N2O- und CH4-Emissionen
- Wassergefüllte Böden → Moore & Reisfelder → Methan-Emissionsherde
Welches sind die wichtigsten Treibhausgase? Wie wirkt sich die Bewässerung auf die CO2-Emissionen aus?
• 3 Haupt-Treibhausgase: CO2, CH4, N2O
• Düngung & Fruchtfolge:
◦ organische Stickstoffverbindungen (durch Düngung & Gärreste in den Boden eingebracht, Proteine & Harnstoff) zu Ammoniak abgebaut (im Dissoziationsgleichgewicht mit Ammonium) → Anteil des Ammoniaks steigt mit zunehmenden pH-Wert & steigender Temperatur → Ausgasung von Stickstoff (als NH3); Ammonium können Pflanzen als Nährstoff verwenden & MO zu Nitrat umwandeln (Nitrifikation)
◦ Lachgas-Emission als Reaktion der mikrobiellen Aktivität auf Stickstoffdüngung → Einfluss auf Denitirifikation
◦ Leguminosen, die Symbiose mit stickstofffixierenden Bakterien eingehen, können als Gründünger zu natürlichen Anreicherung von Stickstoff im Boden verwendet werden → Einfluss auf Stickstofffixierung
