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Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald

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Bio-Team
Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald
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Grundlagen zum Thema Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald

Inhalt

Kohlenstoffkreislauf Wald – Biologie

Der Wald ist spannend und interessant. Es gibt stets etwas zu entdecken. Hier ein Eichhörnchen, das eine Haselnuss knabbert, dort ein Dachs, der eine Maus verspeist. Aber was ist so wichtig am Wald? Und was bedeutet es, wenn von einem Kohlenstoffkreislauf gesprochen wird? Das alles erfährst du hier.

Wie funktioniert der Stoffkreislauf im Wald? – einfach erklärt

Bei einem Stoffkreislauf der Natur werden verschiedene chemische Verbindungen auf-, um- oder abgebaut. Daraus entsteht Biomasse, die im Nahrungsnetz verwertet wird. In der Biologie gibt es den Sauerstoffkreislauf, den Stickstoffkreislauf und den Kohlenstoffkreislauf. In diesem Text wollen wir uns den Kreislauf des Kohlenstoffs im Wald genauer ansehen.

Kohlenstoff besitzt eine sehr wichtige Rolle für das Leben, da er für den Aufbau von Zellen benötigt wird und an der Gewinnung von Energie beteiligt ist.

Bei diesem Kreislauf werden Kohlenstoffverbindungen durch die Pflanzen erzeugt und von einem Organismus zum anderen weitergegeben. Bei Abgabe in die Umwelt wird er durch die Pflanzen wieder gebunden.

Ein einfaches Beispiel dazu: Eine Haselmaus frisst im Wald Nüsse von den Bäumen und nimmt den gebundenen Kohlenstoff der Pflanzen in Form der Nuss auf. Nach vier Jahren Lebenszeit stirbt sie. Ihr Körper verbleibt auf dem Boden und wird von Ameisen, Maden, Pilzen und Bakterien zersetzt. Dabei gehen die Überreste in die Erde über, insbesondere die Kohlenstoffverbindungen. Diese werden von einer keimenden Nuss über die feinen Wurzeln aufgenommen und über Jahre hinweg wächst ein neuer Haselbaum aus dem Boden.

Kohlenstoffkreislauf im Wald – Ablauf

Der Kohlenstoffkreislauf am Beispiel Wald ist sehr einfach. Alle Pflanzen im Wald nehmen energiearmes Kohlenstoffdioxid $(\ce{CO2})$ aus der Luft auf und wandeln dieses durch die Fotosynthese in energiereiche Kohlenstoffverbindungen oder Zucker um, die in den Pflanzen gespeichert werden. Diese Eigenschaft der ersten Kohlenstoffumwandlung mittels der Sonnenenergie verleiht den Pflanzen den Status als Primärproduzenten. Alle nachfolgenden Lebewesen zählen zu den Konsumenten. Dabei ernähren sich die Primärkonsumenten, die Pflanzenfresser, von den Pflanzen und nehmen damit die energiereichen Kohlenstoffverbindungen auf. Sekundär- und Tertiärkonsumenten ernähren sich als Fleischfresser wiederum von den Primärkonsumenten. So wird der gebundene Kohlenstoff stetig weitergegeben und umgewandelt.
Beispiele für einzelne Konsumenten und Nahrungsbeziehungen im Wald sind in der folgenden Liste enthalten.

Konsument Beispiel Was passiert?
Primärproduzenten Bäume, Büsche, Blumen Die Pflanzen nehmen $\ce{CO2}$ auf und wandeln es durch Fotosynthese in Kohlenstoffverbindungen um.
Primärkonsumenten Eichhörnchen, Hase, Reh Sie fressen die Pflanzen und ihre Früchte.
Sekundärkonsumenten Bussard, Fuchs, Fledermaus Sie ernähren sich von den Primärkonsumenten.
Tertiärkonsumenten Wolf, Mensch Sie ernähren sich von den Primär- und Sekundärkonsumenten.

Bei solchen Nahrungsbeziehungen spricht man in der Biologie auch oft von sogenannten Nahrungsketten und Nahrungsnetzen.

Sterben die Tiere, bleiben sie auf dem Waldboden liegen und werden von den Destruenten, also den Zersetzern, verarbeitet. Dabei werden alle frei werdenden organischen Verbindungen dem Erdreich zugeführt und von dort durch die Pflanzen wieder aufgenommen und zu Biomasse verarbeitet. Zu den Zersetzern zählen Bakterien, Pilze, aber auch Regenwürmer, die den Kreislauf schließen. Zersetzt werden auch Ausscheidungen, herabfallendes Laub und abgestorbene Pflanzen.
Auch das Ausatmen der Tiere und Menschen erzeugt $\ce{CO2}$, das von den Pflanzen wiederum aufgenommen wird und so im Kreislauf verbleibt. Das Schema zum Kohlenstoffkreislauf im Wald ist in der Illustration unten erklärt.

Bedeutung Kohlenstoffkreislauf im Wald

Welche Bedeutung hat der Wald im Kohlenstoffkreislauf?

Der Wald ist sehr wichtig durch seinen Kohlenstoffkreislauf, da er als Generator für nutzbare Energie arbeitet und für die Bildung von Biomasse notwendig ist. Für die gesamte Umwelt ist er hilfreich als $\ce{CO2}$-Verwerter und Sauerstoffbildner.
Der Wald bildet ein eigenes Ökosystem. Durch seine Nahrungsketten befindet sich der Kohlenstoffkreislauf im Gleichgewicht. Das bedeutet, die Aufnahme und Abgabe von Kohlenstoff liegt im Gleichgewicht.

Das Problem in diesem Kreislauf ist der Mensch. Durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe nimmt der Kohlenstoffanteil in der Atmosphäre zu. Dieser bildet einen Überhang, da zuvor der Kohlenstoff in den fossilen Brennstoffen gebunden war. Der Kreislauf gerät in ein Ungleichgewicht. Der Wald und auch die gesamte Umwelt besitzen die Fähigkeit, geringe Konzentrationsveränderungen bei bestimmten Faktoren zu tolerieren, was als relative Stabilität eines Ökosystems bezeichnet wird. Nimmt die Konzentration jedoch weiter zu, kann diese Veränderung nicht mehr ausgeglichen werden und wirkt sich auf die Biosphäre aus. Dies ist zum Beispiel beim anthropogenen Treibhauseffekt und der Erderwärmung der Fall.

Kohlenstoffkreislauf im Wald – Zusammenfassung

Der Kohlenstoffkreislauf im Wald beschreibt das Gleichgewicht der Kohlenstoffaufnahme und der Kohlenstoffabgabe. Als wichtigster Kohlenstoffbinder zählen die Pflanzen als Primärproduzenten, da sie nicht nur Verbindungen aus dem Boden aufnehmen, sondern überwiegend das gasförmige $\ce{CO2}$ aus der Luft entnehmen. Dabei wird der Kohlenstoff innerhalb der Nahrungsketten mehrmals in verschiedene Kohlenstoffverbindungen umgewandelt und von Konsument zu Konsument als Biomasse weitergegeben. Durch Ausscheidungen, Atmung oder sich zersetzende tote Pflanzen und Tiere gelangt der Kohlenstoff wieder an den Anfang der Nahrungskette und schließt damit den Kreislauf.

Mit unserem Arbeitsblatt zum Kohlenstoffkreislauf im Wald und den Übungen kannst du dein neu erworbenes Wissen direkt testen. Viel Spaß dabei!

Transkript Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald

Hallo! Hast du dich schon einmal gefragt, in welchem Zusammenhang der Kohlenstoffkreislauf mit Ökosystem Wald steht? In diesem Video wird dir der Kohlenstoffkreislauf am Beispiel des Waldökosystems erklärt. Dabei siehst du, dass der Wald sehr bedeutend ist und einen riesigen Generator darstellt, der die für seine Bewohner, und damit auch für uns Menschen, nutzbare Energie und Stoffe herstellen kann.

Alle Stoffe im Ökosystem Wald befinden sich in einem Kreislauf. Dies bedeutet, dass diese Stoffe und die in ihnen enthaltene Energie ständig auf-, um- und abgebaut werden. Genauer wollen wir uns heute jene Verbindungen anschauen, die in der Natur aus Kohlenstoff aufgebaut sind.

Dieser Kreislauf des Kohlenstoffs im Ökosystem Wald spielt eine grundlegende Rolle für das Leben auf der Erde. Im Wald findest du viele Bäume, Sträucher und auch einige kleinere Pflanzen. Dies sind z.B. Eichen, Haselstäucher und Buschwindröschen.

Wie du sicher weißt, können Pflanzen Fotosynthese betreiben und mit Hilfe des Sonnenlichts ihre Nährstoffe selbst aufbauen. Das geschieht dadurch, dass sie energiearmes Kohlenstoffdioxid, CO2, aus der Luft aufnehmen und zu energiereichen kohlenstoffhaltigen Verbindungen, den Zuckern, umwandeln können. Pflanzen sind daher die Primärproduzenten eines Ökosystems.

Primärproduzenten sind die einzigen Organismen auf der Erde, die nur mit Hilfe des Sonnenlichts energiearme Stoffe wie das Kohlenstoffdioxid in energiereiche Stoffe, wie Zucker, umwandeln können. Alle anderen Organismen im Wald leben direkt oder indirekt von diesen Pflanzen. Das zeige ich dir jetzt.

Primärkonsumenten nehmen Pflanzen als Nahrung auf und können die gespeicherte Energie für sich selbst nutzen. Beispielsweise leben Eichhörnchen oder Mäuse von den Früchten der Bäume im Wald und verschiedene Raupen fressen die Blätter der Pflanzen.

Vielleicht kennst du auch schon den Begriff Sekundärkonsumenten. Sie fressen wiederum die Primärkonsumenten und können die in ihnen gespeicherte Energie für sich nutzen. Ein Specht ernährt sich von Raupen und Insekten und ein Fuchs frisst Mäuse. Sie nutzen die aus ihrer Nahrung gewonnenen Stoffe zum Aufbau ihres Körpers. So können sie wachsen und sich entwickeln.

Aber was passiert mit den Tieren und Pflanzen in einem Wald, wenn sie sterben. Oder was wird aus den Ausscheidungen der Tiere? Dieses tote organische Material wird abgebaut, also zersetzt. Das ist auch der Grund, warum z.B. die im Herbst herabgefallenen Blätter nicht einfach im Wald liegen bleiben und von Jahr zu Jahr mehr werden. Sie dienen wiederum anderen Lebewesen als Nahrung.

Weißt du, welche Organismen im Wald zu diesen so genannten Zersetzern gehören?

Pilze und Bakterien sind wichtige Zersetzer in einem Wald. Aber auch Regenwürmer helfen z.B. bei dem Abbau von herabgefallenen Blättern. Damit nutzen also auch die Zersetzer indirekt die von den Pflanzen gespeicherte Energie der Fotosynthese. Sie spalten die toten organischen Materialien und geben diese wieder in den Boden ab. Diese können dann wieder von den Pflanzen über die Wurzeln aufgenommen werden.

Übrigens setzten alle Organismen durch ihre Atmung Kohlenstoffdioxid frei und das ist auch ein Teil des Kohlenstoff-Kreislaufs. Pflanzen, Primärkonsumenten, Sekundärkonsumenten und auch Zersetzer atmen und bilden so Kohlenstoffdioxid. Dieses kann dann wieder von den Pflanzen aufgenommen werden und durch Fotosynthese in Zucker umgewandelt werden. Der Kohlenstoffkreislauf beginnt dann von neuem.

Dieser Kreislauf ist dann im Gleichgewicht, wenn genauso viel Kohlenstoffdioxid von den Pflanzen aufgenommen wie von den anderen Primärkonsumenten, Sekundärkonsumenten, Zersetzern und auch Pflanzen durch Atmung freigesetzt wurde. Aber was passiert, wenn der Mensch in diesen Kreislauf eingreift? Das passiert nämlich seit Mitte des 19. Jahrhunderts.

Damals begann der Mensch vermehrt fossile Brennstoffe wie Kohle später Erdöl und Erdgas zu verbrennen und als Energiequelle zu nutzen. Fossile Brennstoffe sind abgestorbene Tier- und Pflanzenüberreste, die über Millionen Jahre hinweg unterirdisch entstanden. Dabei handelt es sich also eigentlich um gebundenen Kohlenstoff, der dem Kohlenstoffkreislauf vor langer Zeit entzogen wurde.

Bei der Nutzung von solchen fossilen Rohstoffen werden sehr große Mengen an Kohlenstoffdioxid in die Luft freigesetzt. Die Pflanzen unserer Erde können diese großen Mengen nicht aufnehmen und so sammelt sich immer mehr Kohlenstoffdioxid in unserer Atmosphäre.

Von den Folgen hast du bestimmt schon einmal gehört: Der Treibhauseffekt und die Erderwärmung sind wahrscheinlich auf die steigenden Kohlenstoffdioxidmengen in der Atmosphäre zurückzuführen. Momentan sind die dadurch entstehenden Schäden z.B. im Ökosystem Wald noch gering. Denn ein Ökosystem kann in der Regel geringe Veränderungen bestimmter Faktoren tolerieren. Diese Fähigkeit eines Ökosystems nennt man auch relative Stabilität.

Du weißt jetzt, dass die gesamten Nährstoffe und die Energie eines Ökosystems aus der Fotosynthese und damit aus Pflanzen stammen. Und du hast in diesem Video auch gesehen, wie der Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald aussieht. Der Mensch greift in diesen natürlichen Kreislauf ein und das könnte in Zukunft schlimme Auswirkungen auf die gesamte Biosphäre haben. Tschüss!

7 Kommentare

7 Kommentare
  1. Doch jetzt klappt es danke für den Tipp @Tatjana Elbing

    Von Fake new, vor mehr als einem Jahr
  2. Das Video geht nicht

    Von Fake new, vor mehr als einem Jahr
  3. Hallo Nagat A.,
    ich habe das Video gerade abgespielt und es lief problemlos. Meistens kannst du solche Probleme beheben, indem du die Seite neu lädst bzw. deine Browser-Version aktualisierst. Der Browser ist das Programm, mit dem du ins Internet gehst. Hilft dies nicht, wende dich zukünftig bitte an unser Support-Team (E-Mail: support@sofatutor.com Telefon: 030 - 515 88 22 20). Ich hoffe, das hilft dir weiter!
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 3 Jahren
  4. Das Video geht nicht

    Von Nagat A., vor fast 3 Jahren
  5. Sehr anschauliches Video, hat mir viel geholfen, den Stoff zu verstehen :)

    Von Ariana S., vor fast 4 Jahren
Mehr Kommentare

Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe die Aufgabe der Zersetzer.

    Tipps

    Hast du dich schon einmal gefragt, was mit dem Laub passiert, wenn es im Herbst von den Bäumen fällt? Zersetzer sind in der Lage, dieses tote Material zu verwerten.

    Lösung

    Zersetzer werden auch als Destruenten bezeichnet. Sie bauen totes organisches Material ab, also Laub, tote Tiere, Pflanzenteile und Ausscheidungen (z.B. Kot). Zu den Zersetzern gehören viele Mikroorganismen, aber auch der Regenwurm, Asseln oder Tausendfüßer.
    Durch ihre zersetzende Arbeit schaffen sie die Grundlage für die Primärproduzenten. Hier finden wir also nicht nur einen Kohlenstoffkreislauf, sondern auch einen Nahrungskreislauf.

  • Schildere, wie der Mensch in den Kohlenstoffkreislauf eingreift und nenne mögliche Folgen.

    Tipps

    Befindet sich der Kohlenstoffkreislauf im Gleichgewicht, wird genauso viel Kohlenstoffdioxid freigesetzt wie von den Pflanzen aufgenommen.

    Kohlenstoffdioxid ist wie Wasserdampf (Wolken) und Ozon ein Treibhausgas. Je höher ihre Konzentration in der Atmosphäre ist, umso weniger Wärmestrahlung kann von der Erdoberfläche reflektiert werden und bleibt so in der Erdatmosphäre. Die Folge ist ein Temperaturanstieg.

    Die globale Erwärmung ist durch den Menschen verursacht, da diese vor allem aufgrund der höheren Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Luft verursacht wird.

    Lösung

    Beim natürlichen Kohlenstoffkreislauf wird genauso viel Kohlenstoff freigesetzt, wie durch Pflanzen aufgenommen und gebunden wird. Er befindet sich im Gleichgewicht.

    Allerdings wird durch den Eingriff des Menschen in Bezug auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe weit mehr Kohlenstoffdioxid freigesetzt als aufgenommen. Es reichert sich also Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre an.
    Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas. Die Strahlung der Sonne wird an der Erdatmosphäre reflektiert, wobei auch Wärme entsteht. Diese Wärmestrahlung wird durch Treibhausgase (Wasserdampf, Ozon, Methan) in der Atmosphäre gehalten. Die Folge: ein Temperaturanstieg, der sogenannte Treibhauseffekt. Dieser führt zur globalen Erwärmung, was schlimme Folgen für die Eisflächen der Erde hat, welche Lebensraum für viele nun bedrohte Tiere bieten.

  • Skizziere den Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem Wald.

    Tipps

    Die orangen Pfeile zeigen den Weg des Kohlenstoffdioxids $(CO_2)$, die violetten den des Sauerstoffs $(O_2)$.

    Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoffdioxid freigesetzt.

    Auch Pflanzen benötigen Sauerstoff, um zu atmen. Dieser wird durch den Prozess der Fotosynthese gebildet. Hier wird auch Kohlenstoffdioxid gebunden.

    Lösung

    Der Kohlenstoffkreislauf ist über den gesamten Globus verflochten. Er ist also nicht nur im Ökosystem Wald zu finden.

    Pflanzen (Primärkonsumenten) sind in der Lage, Kohlenstoffdioxid $(CO_2)$ in energiereichen Verbindungen zu binden und ihn so der Atmosphäre zu entziehen. Das ist wichtig, denn $CO_2$ ist ein Treibhausgas. Ist dessen Konzentration zu hoch, führt dies zur globalen Erwärmung (denke an den Treibhauseffekt).

    Kohlenstoff wird aber nicht nur fixiert, beispielsweise im Holz, sondern durch Atmung wieder freigesetzt. Produzenten, Konsumenten und Destruenten verbrauchen durch Atmungsprozesse $O_2$ und geben $CO_2$ ab. Das Ökosystem Wald gibt also genauso viel $CO_2$ ab, wie es bindet.

    Doch als der Mensch in das System eingegriffen hat, indem er fossile Rohstoffe verbrannte, wurde das Gleichgewicht des Kreislaufs gestört. Seitdem gelangt immer mehr Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre. Welche Folgen dies auf das Klima hat, weißt du inzwischen.

  • Ermittle die Gleichung der Fotosynthese.

    Tipps

    Bei der Fotosynthese entsteht Sauerstoff als „Abfallprodukt“.

    Die Gleichung sieht aus wie das folgende Schema:
    $A + B \longrightarrow C + D$.
    Jetzt ist nur noch die Frage, welche Substanz sich hinter welchem Buchstaben versteckt.

    Oben sollst du eine Wortgleichung aufstellen. Vielleicht hilft dir die Bruttogleichung, die nur mit den chemischen Symbolen arbeitet:
    $ 6~CO_2 + 6~H_2O \longrightarrow C_6H_{12}O_6 + 6~O_2$.

    Lösung

    Hier siehst du eine schematische Abbildung, die den Prozess der Fotosynthese verdeutlichen soll. Die Wortgleichung der Fotosynthese lautet:
    Kohlenstoffdioxid + Wasser $\longrightarrow$ Zucker (Glucose) + Sauerstoff.
    Wichtig ist, dass dabei Sonnenenergie benötigt wird.

    Außerdem erkennst du, dass die Fotosynthese in den Chloroplasten der Blätter stattfindet, welche den grünen Blattfarbstoff (Chlorophyll) enthalten.
    Stärke ist übrigens ein Speicherstoff. Einzelne Zuckermoleküle hängen in einer langen Kette zusammen und können so in einem Stärkekorn gespeichert werden. Bei Bedarf wird die Kette getrennt und die einzelnen Zuckerbausteine können als energiereiche Kohlenstoffverbindungen genutzt werden.

  • Gib an, welche Organismen atmen.

    Tipps

    Atmen können nur Organismen, die leben. Wo ist das nicht der Fall?

    Primärproduzenten sind Pflanzen. Primär- und Sekundärkonsumenten sind Tiere. Auch die Zersetzer sind Tiere, Pilze oder Mikroorganismen.

    Hier abgebildet sind sogenannte lebende Steine. Dabei handelt es sich aber nicht wirklich um Steine, sondern um Pflanzen.

    Lösung

    Um zu leben, benötigen wir Sauerstoff. Dieser wird veratmet, wobei Kohlenstoffdioxid entsteht.
    Pflanzen, Tiere und Pilze stoßen Kohlenstoffdioxid aus und sind somit Teil des Kohlenstoffkreislaufs.
    Steine und totes organisches Material sind dagegen nicht lebendig und atmen dementsprechend nicht.

  • Zeige, wie fossile Brennstoffe entstanden sind.

    Tipps

    Eine Alternative zu fossilen Brennstoffen stellt das Konzept der erneuerbaren Energie dar, wie es die Solarenergie ist. Sie deckt bis jetzt noch einen geringen Teil des weltweiten Energiebedarfs.

    Lösung

    Fossile Brennstoffe werden seit der Mitte des 19. Jahrhunderts als Energiequellen genutzt, was nicht zuletzt die industrielle Revolution ermöglichte.
    Bei der Verbrennung von Braun- und Steinkohle, Erdgas und Erdöl wird Energie in Form von Wärme frei, die genutzt werden kann. Das ebenfalls freigesetzte Kohlenstoffdioxid ist für die Umwelt schädlich, denn es stört das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs. Außerdem werden Schadstoffe frei. Fossile Brennstoffe werden als Ursache für die globale Erderwärmung angesehen. Trotzdem wird der große Hauptteil des weltweiten Energiebedarfs (2013: > 80 %) durch fossile Energiequellen gedeckt.

    Eine weitaus umweltfreundlichere Alternative zu fossilen Brennstoffen ist im Recycling-Symbol dargestellt: Wind-, Sonnen- und Wasserenergie sind nur drei Beispiele erneuerbarer Energien. Hierbei werden die Energiequellen nicht verbraucht, sondern erneuern sich stetig.

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