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Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf

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1 Dynamik der Biosphäre Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf Wintersemester 2005/2006 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" -> "Teaching"

2 Heute... Biosphäre Abgrenzung, Ausmaß, Struktur Kohlenstoffkreislauf

3 Die Biosphäre Erde ist der einzige bekannte Planet mit Biosphäre Vorkommen von Lebewesen als dünner und brüchiger "Film" auf der Erdoberfläche, von ca 10000m unter bis ca 10000m oberhalb des Meeresspiegels (ca 0.2% des Erddurchmessers) Produktive Zone an Land bis zu 100m dick (Wurzeln und oberirdische Pflanzenteile) im Ozean in selten Fällen mehr als 100m (besondere Ausnahme: heiße Quellen im tiefen Ozean) (Abiotisches) Substrat Lebewesen Autotrophe / heterotrophe Organismen Pflanzen / Tiere (Mensch) / Bakterien

4 Landbiosphäre Höhere (autotrophe) Pflanzen mit unter- und überirdischen Teilen, insbesondere chlorophyll-haltigen Blättern Tiere und Menschen Boden als belebtes Substrat, enthält Wurzeln, Symbionten (Mykhorrhiza) und abbauende Organismen Ökosysteme als Strukturelement Sonderfall: Süßwasserökosysteme (ähnlich mariner Biosphäre)

5 Marine Biosphäre Schelfgebiete: 0 ca 200m Tiefe Kontinentalsockel: 200 ca 4000m Tiefe Tiefsee: unterhalb ca 4000m Tiefe Euphotische Zone: Zone mit Nettoprimärproduktion (Photosynthese), ca 100m Oberflächenwasser / Thermokline / Tiefenwasser Autotrophe / heterotrophe Organismen (Phytoplankton, Zooplankton)

6 Gemeinsamkeiten / Unterschiede Gemeinsamkeiten Land/Ozean: Primärproduktivität limitiert durch Energie (Licht) Nährstoffe Nahrungsketten und netze Unterschiede Land/Ozean: An Land besonders langlebige Organismen mit toter, struktureller Biomasse (Holz) Im Ozean schneller Abbau der durch Primärproduktion erzeugten Biomasse

7 Kohlenstoffkreislauf

8

9 Kohlenstoffpools Pools Atmosphäre Ozeane Lithosphäre Landbiosphäre Lebende Biomasse Tote Biomasse Süßwasser Kohle, Öl, Gas, Torf Menge [Gt] > (nach Falkowski 2000)

10 Komponenten des natürlichen Kohlenstoffkreislaufes

11 Kohlendioxyd Methan Lachgas

12 Kohlendioxyd Methan Lachgas

13

14 [Tausend Jahre vor heute]

15 Steigende Werte der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre

16 Das Atmen der Atmosphäre Atm. CO2 (ppmv) Mauna Loa Jahre Atm. CO2 (ppmv) Respiration Jan Feb Mar Apr May Jun Photosynthese Jul Monat Aug Sep Oct Nov Dec

17 Biom Kohlenstoffvorräte in verschiedenen Biomen Fläche Kohlenstoffvorrat (Gt C) (10 6 km 2 ) Vegetation Soils Total Tropische Wälder 17, Temperierte Wälder 10, Boreale Wälder 13, Savannen 22, Temperierte Grasländer 12, Wüsten & Halbwüsten 45, Tundra 9, Feuchtgebiete 3, Landwirtschaft Total 151,

18 Kohlenstoffflüsse zwischen Atmosphäre und Biosphäre Nettoprimärproduktivität (NPP): Aufnahme der Pflanzen durch Photosynthese minus Atmung ca 60 Gt/Jahr Nettoökosystemproduktivität (NEP): NPP minus Zersetzung der Streu im Boden ca 6 Gt/Jahr Nettobiomproduktivität (NBP): NEP minus Verluste durch Ernte, Feuer und Schädlinge ca 1-2 Gt/Jahr

19 Relevante Organe einer Pflanze Zuwachs (NPP = C): Wo geht der Kohlenstoff hin?

20 Globale NPP (g C m -2 d -1 )

21 Globale NBP (g C m -2 d -1 )

22 Take home messages Der C Kreislauf ist der Antrieb des Klimasystems vor allem durch die Biosphäre beeinflusst Die C-Bilanz zwischen Atmosphäre und Biosphäre ist das Ergebnis zweier sehr grosser, entgegengesetzter Flüsse vom Menschen beeinflusst

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