Kohlenstoffkreislauf

Transkript

1 Globale Ökologie Kohlenstoffkreislauf Wintersemester 2009/2010 Heute: Christoph Müller Wolfgang Cramer Univ. Potsdam, Geoökologie, Globale Ökologie -> Lehre / "Teaching

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

3 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)

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

5 Ohne Treibhauseffekt: -18 C

6

7 Kohlendioxyd Methan Lachgas

8

9 [Tausend Jahre vor heute]

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

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

12 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

13

14 Grüne Biosphäre

15 Fotosynthese

16 20 μm Kohlenstoffkreislauf

17 Fotosynthese NADP: Nicotinsäureamid-Adenin- Dinucleotid-Phosphat ATP: Adenosintriphosphat

18 Fotosynthese 2 Prozessteile lichtabhängig lichtunabhängig C4 vs. C3 Trennung Energiegewinnung und C-Assimilation Benötigt mehr Energie Spart Wasser

19 Stomatale Kontrolle von CO2-Aufnahme und H2O-Abgabe AET Ci AET Ci Canopy Conductance (Conductance=Leitfähigkeit, Reziprokwert des Widerstands, Einheit: mm/s) Kohlenstoffkreislauf

20 Transpiration

21 Wasserkreislauf Precip 9 Precip 110 Precip 458 Evap 9 Evapo 23 Transp 42 Runoff 45 Evap 503 Wasserfllüsse km 3 /a

22 Wasser- und C-Kreislauf sind über die Stomata der Pflanzen gekoppelt ca km 3 /a Transpiration Ca. 120 GtC/a Kohlenstoffaufnahme H 2 O & C

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

24 Respiration Dient der Energiegewinnung Photosynthese Wachstum Nährstoffaufnahme Abwehr Reparatur ca. 50% der Assimilate wird wieder durch die Pflanze selbst veratmet

25 Heterotrophe Respiration Kuyzakov 2006

26 Heterotrophe Respiration gc/m 2 /year

27 Kohlenstoffflüsse zwischen Atmosphäre und Biosphäre Bruttoprimärproduktivität (GPP): Aufnahme der Pflanzen durch Photosynthese autotrophe Respiration (R a ): Pflanzen-Atmung ca 120 Gt/Jahr ca 60 Gt/Jahr 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

28 Entwicklung der atmosphärischen Quellen und Senken von CO 2

29 Einfluss des Menschen auf den Kohlenstoffkreislauf Δ C in Vegetation Δ C im Boden Bondeau et al. 2007

30 Einfluss des Menschen II Bondeau et al. 2007

31 Kohlenstoffflüsse zwischen Atmosphäre und Biosphäre Bruttoprimärproduktivität (GPP): Aufnahme der Pflanzen durch Photosynthese autotrophe Respiration (R a ): Pflanzen-Atmung ca 120 Gt/Jahr ca 60 Gt/Jahr 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

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

33 Kohlenstoffkreislauf

34 Der C Kreislauf ist Take home messages der Antrieb des Klimasystems vor allem durch die Biosphäre beeinflusst Der Wasserkreislauf ist eng mit dem C-Kreislauf verbunden Die C-Bilanz zwischen Atmosphäre und Biosphäre ist das Ergebnis zweier sehr grosser, entgegengesetzter Flüsse vom Menschen beeinflusst Der C-Kreislauf ist maßgeblich vom Menschen beeinflusst Emissionen aus Energieerzeugung Veränderungen der Biosphäre

35 Nächstes Mal AndereglobaleStoffkreisläufe HEUTE 11:00 Ausgewaehlte geooekologische Modelle und deren Anwendungen Freitags, bis Uhr in Haus 5, Raum 1.05