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Dynamik der Biosphäre. Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf

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1 Dynamik der Biosphäre Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf Wintersemester 2008/2009 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" Heute: Christoph Müller -> teaching

2 Heute... Biosphäre Definition, Grundlegende Eigenschaften Kohlenstoffkreislauf

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5 Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf

6 Für den Menschen Nahrungsmittel Holz (Baustoff, Energieträger) Fasern (Papier, Kleidung, ) Erholung Lebensraum

7

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

9

10 Definition Biosphäre, Kohlenstoffkreislauf

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14 1999 Scale (km)

15 Biosphäre & Wechselwirkungen Biosphäre (Land und Ozean)

16 Biosphäre im Erdsystem Klimasystem Atmosphäre Ozean Biosphäre (Land und Ozean) Anthroposphäre Kryosphäre Lithosphäre

17 Die Biosphäre Die Erde ist der einzige bekannte Planet mit Biosphäre dünne und brüchige Schicht ( Film ) auf der Erdoberfläche, von ca m unter bis ca m 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) / Pilze / Bakterien

18 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)

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

20 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

21 Warum Kohlenstoff? Stöchiometrie: H 2960 O 1480 C 1480 N 16 P 1,8 S Kohlenhydrate Energie (Zucker, Stärke, Fette) Struktur (Cellulose, Chitin)

22 Kohlenstoffkreislauf

23 Kohlenstoffpools Pools Menge [Gt] Atmosphäre 720 Ozeane Lithosphäre > Landbiosphäre 2000 Lebende Biomasse 800 Tote Biomasse 1200 Süßwasser 1.5 Kohle, Öl, Gas, Torf 4130 (nach Falkowski 2000)

24 CO2-Konzentration in der Atmosphäre CO 2 Sept. 88 Sept. 89 Sept. 90 Sept. 91 Sept. 92 South Equator North

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

26 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

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

28 Warum Kohlenstoff? Stöchiometrie: H 2960 O 1480 C 1480 N 16 P 1,8 S Kohlenhydrate Energie (Zucker, Stärke, Fette) Struktur (Cellulose, Chitin) Treibhausgase

29 Ohne Treibhauseffekt: -18 C

30 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

31

32 [Tausend Jahre vor heute]

33 Entwicklung der atmosphärischen Quellen und Senken von CO 2

34 Kohlendioxyd Methan Lachgas

35

36 Nächstes Mal Kohlenstoff & Wasser Fotosynthese/Respiration Zukunftsszenarien

37 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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