Kohlenstoff-, Wasser- und Stickstoffkreislauf

Transkript

1 Dynamik der Biosphäre Kohlenstoff-, Wasserund Stickstoffkreislauf Wintersemester 2004/2005 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" -> "Teaching"

2 Heute... Kohlenstoffkreislauf (Abschluss) Wasserkreislauf Stickstoffkreislauf und andere Nährstoffkreisläufe Endogene & exogene Dynamik Biodiversität

3 Tropische Entwaldung Klimawirkung oder Landnutzungsänderung? (Cramer et al Proc. Royal Society B)

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5 Kohlenstoffverluste aus tropischer Entwaldung

6 Kohlenstoffbilanz des Amazonasgebietes für verschiedene Carbon Balance Amazonia (LPJ, 10yr running means) Entwaldungsraten (10jährige Mittelwerte) observed climate and different gleitende deforestation estimates Mt C annual flux 100 no deforestation 0 low defor. (Achard) high defor. (Malhi)

7 Kohlenstoffbilanz des Amazonasgebietes für verschiedene Carbon Balance Amazonia (LPJ, 10yr running means) Entwaldungsraten (10jährige Mittelwerte) observed climate and different gleitende deforestation estimates Mt C annual flux -200 no deforestation low defor. (Achard) high defor. (Malhi)

8 Kohlenstoffbilanz des Amazonasgebietes für verschiedene Carbon Balance Amazonia (LPJ, 10yr running means) Entwaldungsraten (10jährige gleitende Mittelwerte) ECHAM climate and different deforestation estimates Klimaszenario ECHAM4 (MPI Meteorologie Hamburg) Mt C annual flux -200 no deforestation low defor. (Achard) high defor. (Malhi)

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11 Wasserkreislauf

12 Transpiration Precipitation Precipitation 119 Evaporation Evaporation 505 River discharge 45 Land Lake Percolation Groundw ater flow Ocean Der globale Wasserkreislauf [103 km yr-1]

13 Wasser auf der Erde 1000 km3 Ozean % total % Süßw. Verweilzeit yr Grundwasser yr Bodenwasser yr Eis <10000 yr Seen yr Moore yr Flüsse d Biol. Wasser Stunden d Atmosph. Wasser total Süßwasser

14 Partitionierung von Niederschlag und Verdunstung

15 Stomatale Kontrolle Von CO2Aufnahme und H20-Abgabe AET Ci AET Ci Canopy Conductance (Conductance=Leitfähigkeit, Reziprokwert des Widerstands, Einheit: mm/s)

16 Niederschlag [mm/d]

17 Verdunstung [mm/d]

18 Simulierter Abfluss [mm/d]

19 Beobachteter Abfluss [mm/d]

20 Transpiration Precipitation Precipitation 119 Evaporation Evaporation 505 River discharge 45 Land Lake Percolation Groundw ater flow Ocean Der globale Wasserkreislauf [103 km yr-1]

21 Stickstoffkreislauf

22 Stickstoffkreislauf Luft 79% N2 Blitzschlag Denitrifizierung N2O NO3- Atmosphärische Umwandlung 5-10 Gt/yr NO, NO2 NO2- Düngemittel Industrielle Umwandlung Gt/yr NH3 Symbiose Biologische Umwandlung Gt/yr N in org. Material Boden

23 Menschliche Einflußnahme auf den Stickstoffkreislauf Verdoppelte N-Aufnahme der Biosphäre Stickoxid-Emissionen Eutrophierung Biodiversitätsverlust

24 Andere Nährstoffe Schwefel Eisen Phosphor etc.

25 Exogene und endogene Dynamik Endogene Dynamik: Veränderungen der Biosphäre aufgrund biologischer Prozesse Produktivität, Respiration, Mortalität, Migration etc. Exogene Dynamik: Beeinflussung der Biosphäre durch Klima und Mensch Energie, Wasser, CO2, Nährstoffe Landnutzung

26 Endogene Dynamik Prozesse (u.a.): Produktivität & Respiration (C Aufnahme, Speicherung und Abgabe) Mortalität, Regeneration Konkurrenz Migration Biodiversität

27 Biodiversität Die Verschiedenheit und Variabilität von lebenden Organismen und den ökologischen Komplexen, in denen sie leben

28 I Motivation

29 Warum Biodiversität untersuchen?...eine "unmoralische Frage"?...weil Menschen bestimmte Aspekte von Biodiversität schützen wollen?...weil Biodiversität die "Funktion" der Biosphäre beeinflusst?

30 II Definitionen, Artenzahlen, Indizes

31 Definitionen Biodiversität: die Verschiedenheit und Variabilität von lebenden Organismen und den ökologischen Komplexen, in denen sie leben Diversität: Anzahl von Objekten oder ihre relative Häufigkeit Für Biodiversität gibt es Objekte auf verschiedenen Organisationsebenen, von vollständigen Ökosystemen bis zur chemischen Struktur der DNA Der Begriff Biodiversität umfasst daher Ökosysteme, Arten, Gene und ihre relative Häufigkeit.

32 Hierarchische Ebenen Ökosystemdiversität (Landschaft) Artenzahl Genetische Diversität

33 Arten... Populationen, innerhalb derer in der Natur ein freier Fluss von Genen stattfindet...sind unscharf voneinander abgegrenzt...haben begrenzte Lebensdauer

34 Artenzahlen

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36 Aussterberate...kann nicht direkt beobachtet werden...ist vor allem im Ozean fast unbekannt...hat mit Beginn des 19. Jahrhunderts zugenommen...vergleichbar mit der Aussterberate während der großen Katastrophen am Ende des Paläozoikums...am größten in Tropenwäldern (ca Arten pro Jahr)

37 Evolution (Artenbildung) "Death is one thing; an end to birth is something else" Differenzierung neuer Arten ist eingeschränkt durch den Verlust an Biotopen

38 Indizes Alpha-Diversität: Zahl der Arten in einem homogenen Habitat Beta-Diversität: Zahl der Arten in einem Landschaftsausschnitt Gamma-Diversität: Zahl der Arten in einer großen Region

39 Strukturelle / funktionale Biodiversität Strukturelle D.: Einheiten sind Taxa (z.b. Arten) Funktionale D.: Einheiten unterscheiden sich (nur) hinsichtlich der Funktion (z.b. Lebensformen, funktionale Pflanzentypen, Nahrungspyramide)

40 III Natürliche Mechanismen zur Erhaltung der Biodiversität

41 Populationsdynamik

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44 Sukzessionsdynamik

45 Feuer als Störungsfaktor file:///c:/winnt/profiles/kirsten.000/personal/my stuff/dissertation/disputation/back2.jpg Yellowstone NP

46 Systemstabilität Resilience Anpassungsfähigkeit

47 IV Bedeutung der Biodiversität für Mensch und Erdsystem

48 Kulturpflanzen...abgeleitet aus Wildpflanzen durch Selektion und Züchtung Genetisch modifizierte Organismen (GMOs)

49 Biodiversität in der Kulturlandschaft Kulturlandschaften können höhere Landschaftsdiversität aufweisen als natürliche Landschaften der gleichen Region

50 Themenübersicht Was ist die Biosphäre? Bedeutung der Biosphäre für die menschliche Gesellschaft Lebensgrundlage (Nahrung, Fasern, Wasser) Andere Werte (Biodiversität, Erholung, Klimaregulierung) Stoffkreisläufe (Kohlenstoff, Wasser, Stickstoff etc.) und Energiebilanz Exogene Dynamik (Beeinflussung der Biosphäre durch Klima und Mensch) Endogene Dynamik (Veränderungen der Biosphäre aufgrund biologischer Prozesse) Beobachtung der Biosphärendynamik Historische Veränderungen Szenarien möglicher Veränderungen in der Zukunft "Management" der Biosphäre