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Dynamik der Biosphäre. Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf

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1 Dynamik der Biosphäre Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf Wintersemester 2006/2007 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" -> "Teaching"

2 Heute... Biosphäre Definition, Grundlegende Eigenschaften Kohlenstoffkreislauf

3 Das Erdsystem

4

5 Verlängerung der Vegetationsperiode nördlich von 45 ºN 1993/ / / / / /84 Mai September 1981/82 6 Tage früher im Frühling 4 Tage später im Herbst Quelle: R. Myneni, Boston University Tagesnummer

6 Elemente des Erdsystems Klimasystem Atmosphäre Ozean Biosphäre (Land und Ozean) Anthroposphäre Kryosphäre Lithosphäre

7 Die Biosphäre Die Erde ist der einzige bekannte Planet mit Biosphäre dünne und brüchige Schicht ( Film ) auf der Erdoberfläche, von ca 10000m unter bis ca 10000m oberhalb des Meeresspiegels (ca 0.2% des Erddurchmessers) Produktive Zone vertikale Ausdehnung an Land bis zu 100m (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

8 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)

9 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)

10 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

11 Kohlenstoffkreislauf

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

13 Komponenten des natürlichen Kohlenstoffkreislaufes < Zahlenangaben in Gigatonnen C

14

15 [Tausend Jahre vor heute]

16 Kohlendioxyd Methan Lachgas

17 Steigende Werte der CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre

18 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

19 Biom Kohlenstoffvorräte 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,

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

21 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

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

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

24 Jährliche C-Bilanz (Gt C) Net terrestrial uptake 0.7 ± ± 1.3 Deforestation 1.6 ± 0.8 Quelle: IPCC 2000

25 Entwicklung der atmosphärischen Quellen und Senken von CO 2

26 Kohlendioxyd Methan Lachgas

27

28 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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