Ausbildungsseminar Wetter & Klima Thema Biosphäre II: Ökologie

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1 Ausbildungsseminar Wetter & Klima 2009 Thema Biosphäre II: Ökologie Sebastian Dietz Vortrag gehalten am

2 Inhaltsverzeichniss I. Einleitung I.1 I.2 Seite: Definition Arten der Ökologie II. Autoökologie II.1 Abiotische Umweltfaktoren I.1.1 Temperatur I.2.2 Sonnenlicht I.2.3 Wasser I.2.4 Wind I.2.5 Erde & Gestein I.2.6 Periodische Störungen II.2 Globale Klimamuster II.2.1 Sonnenstrahlung II.2.2 Meeresströmung II.2.3 Gebirgsketten II.3 Biogeographie Biome II.3.1 Trockenklimate II.3.2 Tropischer Regenwald II.3.3 Borealer Nadelwald Taiga II.3.4 Sommergrüne Laubwälder II.3.5 aquatische Biome III. Verhaltensökologie III.1 III.2 Sukzession Biologische Invasion - Einschleppung von Organismen IV. Populationsökologie 13 V. Literaturverzeichniss VI. Abbildungsverzeichniss 16 16

3 I. Einleitung I.1 Definition Ökologie Ökologie befasst sich mit Wechselbeziehungen zwischen belebter und unbelebter Umwelt, also zwischen den Lebewesen und Klima, Wasser, Boden, Luft. Ökologie ist eine Systemwissenschaft, in der die Erkenntnisse aus verschiedenen naturwissenschaftlichen Bereichen zusammenfließen. In den nachfolgenden Kapiteln liegt das Hauptaugenmerk auf den verschiedenen klimatischen Bedingungen (Biomen) mit ihren unterschiedlichen Klimabedingungen und somit der unterschiedlichen Bevölkerung von Organismen. I.2 Arten der Ökologie Die Ökologie untergliedert sich allgemein in 3 Hauptbereiche: Autoökologie: Wechselwirkung zwischen der Umwelt und Organismen Populationsökologie: Beschreibt die Fortpflanzung der Organismen Synökologie: Verhaltensbeschreibung (u.a. Anpassung und Besiedlung) von Organismen In dieser Ausarbeitung werden von jeden Kapitel jedoch nur jene angesprochen, welche etwas mit Klima und Klimabedingungen zu tun haben (Außnahme Populationsökologie). Dadurch ist die Synökologie nur sehr kurz gefasst mit den Themen Entstehung neuer Biome und Einwanderung von Organismen. Die Autoökologie umfasst in dieser Arbeit die wichtigsten Biome der Erde zusammen, beschreibt globale Klimamuster und abiotische Umweltbedingungen. II Autoökologie II.1 Abiotische Umweltfaktoren abiotische Umweltfaktoren sind Faktoren, an welchen Lebewesen nicht direkt beteiligt sind. Im Gegensatz dazu stehen die biotischen Umweltfaktoren, bei denen Lebewesen direkt beteiligt sind, z.b.räuber-beute-beziehung, Konkurrenz II.1.1 Temperatur Die Umgebungstemperatur ist für die meisten Organismen von wichtigster Bedeutung, da nur die wenigsten Organismen warmblüter sind und ihre Körpertemperatur regeln können. Die interne Temperatur eines Organismus wird durch die Umgebungstemperatur drastisch beeinflusst. So können zum Beispiel Zellen aufgrund ihres Wassergehaltes bei Temperaturen unter 0 C platzen und lebenswichtige Proteine bei Temperaturen über 45 C denaturieren. Bei extremen Temperaturen kommt es zur Reduzierung des Stoffwechsels bis hin zu dessen Erliegen. Bei einer Temperaturerhöhung von 10 C steigt zum Beispiel die Rate biologischer Prozesse um das Doppelte an. Auch die Warmblüter können nur in einen gewissen Temperaturintervall ihre interne Temperatur aufrecht halten und somit ihren Stoffwechsel selbst regulieren. Diese kühlen ihren Körper durch Verdunstung von Wasser (Schwitzen, Hecheln,...). Allerdings führt dies zu einem starken Wasserverlust, welcher ebenfalls tödlich enden kann. Die Dauer und der Zeitpunkt des Auftritts extremer Temperaturen spielt eine genauso wichtige Rolle wie die absolute Temperatur. II.1.2 Sonnenlicht Das Sonnenlicht ist die wichtigste Energiequelle der Erde. Die Lichtintensität und ihr Einfallswinkel, sowie die Länge der Sonnenscheindauer sind in sehr vielen Prozessen von Organismen entscheidend. Die Energiezuführung hängt von der Sonnenenergierate pro Flächeneinheit ab und diese direkt vom Einfallswinkel. Bei tiefen Sonnenstand wird die

4 Sonnenenergie über eine große Fläche verteilt ( weniger intensiv) während bei der Mittagssonne direkt am Zenit nur eine kleine Fläche betroffen ist, diese aber umso intensiver. Dazu kommt noch dass die tiefstehende Sonne einen langen Weg durch die Atmosphäre hat und dadurch viel Energie durch Absorption und Reflexion verloren geht. Die jährliche Durchschnittstemperatur fällt im Mittel pro Breitengrad um ca. 0,4 C. Genauso wichtig wie der Sonneneinfallswinkel ist auch die Hangneigung und -richtung einer Ebene. Diese entscheidet ebenfalls über die Länge und Intensität der Sonnendauer an bestimmten Gebieten. Deswegen ist eine unterschiedliche Häufigkeit der Niederschläge vor und hinter eines Gebirges zu beobachten (Wetterseite, siehe unter Globale Klimamuster). II.1.3 Wasser Wasser ist eine der lebensnotwendigsten Ressourcen der Erde. Die Verfügbarkeit des Wassers ist je nach Gebiet unterschiedlich und Organismen müssen sich je nach Wassservorkommen ihren Lebensraum anpassen. Ausserdem ist der größte Teil der Erde mit Wasser bedeckt und Lebewesen im Wasser müssen sich auf verschiedenen ph-werten und Drücke innerhalb der aquatischen Umgebung einstellen. Auch der Wassergehalt in der Luft sowie der Grundwasserstand ist von großer Bedeutung. In den terristischen Lebensräumen kämpfen die Organismen zum Beispiel ständig gegen das Austrocknen und somit um Wasser. II.1.4 Wind Die Effekte der Außentemperatur werden durch den Wind verstärkt, indem ein schnellerer Wärmeaustausch (Verdunstung) und eine Konvektion der Körpertemperatur stattfindet. Dadurch verlieren die Organismen schneller ihre Feuchtigkeit und trocknen schneller aus. Auch das Pflanzenwachstum wird durch den Wind stark beeinflusst. So wachsten bei Bäumen zum Beispiel die Äste auf der Schattenseite normal, während die Äste auf der Windseite inhibiert werden. II.1.5 Erde & Gestein Die Zusammensetzung der Erde, speziell die Struktur welche abhängig ist von der Körnung, den Humusgehalt, den ph-wert und der Gesteinszusammensetzung sind limitierende Faktoren bei der Verbreitung von Leben. Können Pflanzen auf einem Untergrund schlecht wachsen, so kommen dort auch wenige Tiere vor. Neben der Gesteinszusammensetzung spielt natürlich auch immer die Feuchtigkeit eine Rolle. Im Zusammenspiel dieser Faktoren kommt es zu einer mosaikartigen Flächenbedeckung, was wir in terristischen Biomen beobachten können. Auch in der aquatischen Zone spielt die Gesteinszusammensetzung eine wesentliche Rolle, da das Wasser von Flüssen und Bächen ständig mit dem Gestein wechselwirkt und dadurch die chemische Zusammensetzung abhängig vom Gestein ist. Auch in der marinen Zone bestimmt die Beschaffenheit der Gezeitenzone und des Meeresgrundes die Organismentypen und -verteilung. II.1.6 Periodische Störungen - Jahreszeiten: Die vier Jahreszeiten verursachen ein periodisches Auftreten von Temperaturunterschieden, Sonneneinfallswinkel, Tageslängen, usw.. Daraus resultiert eine geringe, jahreszeitlich bedingte Breitengradverschiebung. Beispielsweise bei Breitengrad 20 sind starke Regen- und Dürrezeiten zu finden (einmal tropisches Klima und das andere Mal Wüstenklima). Deshalb findet man hier hauptsächlich tropische, laubabwerfende Wälder wohl. Die Jahreszeiten beeinflussen auch die Winde, wovon auch die Meeresströmungen abhängen. So kommt es unter anderem zum Austausch von oberflächennahen Wassermassen mit Wasser aus der Tiefe. Besonders stark ist dies bei kleineren Seen oder Teichen zu beobachten, welche jahreszeitlich zirkulieren und in den heißen Monaten sogar kippen können. - Naturkatastrophen: Waldbrände wiederholen sich in bestimmten Gebieten regelmäßig, sodass sich die Organismen in diesen Lebensräumen den Bränden angepasst haben und diese sogar benötigen (wegen Nährstoffversorgung, Wachstum,...). Dasselbe kann auch für Vulkanausbrüche, Hurrikanes oder Tornados gelten. Allerdings wiederholen sich manche Naturkatastrophen, wie beispielsweise

5 Vulkanausbrüche nur so selten, dass Habitatsbewohner keinen Schutzmechanismus ausgebildet haben und das Habitat daher vernichtet wird. Es kommt zu einer Neubesiedlung mit neuen Organismen, bzw. mit den Überlebenden Organismen und dadurch zu einer Neustrukturierung des Gebietes. II.2 Globale Klimamuster II.2.1 Sonnenstrahlung Die Neigung der Erdachse ist verantwortlich für die unterschiedlichen Sonnenintensitäten in den geographischen Breiten. Dadurch enthalten äquatoriale und tropische Breiten mehr direktes Sonnenlicht und somit ist auch die Erwärmung höher als in andere Breiten. Da warme Luft mehr Feuchtigkeit aufnimmt als kalte Luft, ist somit das Wasseraufnahmevermögen in diesen Gebieten erhöht. Die meiste Feuchtigkeit, welchen den Pflanzen von der Sonne entzogen wird, wird von der Luft aufgenommen und steigt mit ihr auf. Dort kondensiert es wieder aufgrund der kälteren Temperatur und kommt als Niederschlag wieder zur Erde. Luft welche sich von den Tropen wegbewegt ist sehr trocken, da sie ihre ganze Feuchtigkeit in den Tropen lässt. Dadurch ist tropische Klima geprägt von hohen Temperaturen, intensiven Sonnenlicht und ausgiebigen Niederschlägen. Dies bewirkt ein ausgiebiges und reichhaltiges Pflanzenwachstum und auch die Entstehung von Korallenriffen. Die sich vom Äquator wegbewegenden trockenen Luftmassen werden bei ca. Breitengrad 30 wieder Richtung Erdboden gedrückt. Dort nehmen sie Feuchtigkeit vom Land aufgrund der erwärmten Luftmassen (und dadurch erhöhten Wasseraufnahmekapazität) auf und ziehen weiter. Durch diesen Effekt entsteht die Wüstenlandschaft, welche durch ein trockenes Klimamuster geprägt ist. Teile der sinkenden Luft ziehen nun in Richtung der Pole, wo sie in den mittleren Breitengraden einen Zirkulationskern bilden und langsam wieder steigen. Sie geben die Feuchtigkeit aufgrund ihrer Höhe in den Bereichen des 60sten Breitengrades ab. In dieser Region sind die immergrünen Nadelwälder angesiedelt. Das dortige Klima enthält viele Regenergüsse und eine niedrige Temperatur. Die anderen Teile der sinkenden Luft verlieren auf ihrem Weg Richtung Pole die Feuchtigkeit, welche für das Klima in unseren Regionen mitverantwortlich ist. Die trockene, kalte Luft zieht von den Nadelwäldern weiter Richtung Pole. Dort sinkt sie, nimmt Feuchtigkeit auf und zieht nun zurück Richtung Äquator. Also Folge ist an den Polen ein sehr trockenes und kaltes Klima, welches kaum Regenergüsse beinhaltet. II.2.2 Meeresströmung Die Meeresströme haben ebenfalls sehr großen Einfluss auf das globale Klimamuster, vor allem an den Küsten, weil sie dort die Luft erwärmen oder abkühlen. Durch die Aufnahme von Wasser über den Meeren ist es direkt an Küsten in der Regel feuchter als im Landesinneren. Südlich des Äquators zirkulieren die Meeresströme gegen den Uhrzeigersinn, nördlich im Uhrzeigersinn. Als Folge strömt kaltes Wasser,welches trockene Luftmassen mit sich bringt, von den Polen entlang der Westküste der Kontinente, warmes Tropengewässer entlang der Ostküste. Folgen davon sind zum Beispiel das kalte, trockene Klima an der Westküste Südamerikas und das trockene Klima in Kalifornien, da an beiden Küsten jeweils kalter Strom von den Polen kommt. Dagegen treiben die tropischen Meeresströme warme und feuchte Luftmassen nach Florida oder an die Ostküste Südamerikas. Starke Ströme wie der Golfstrom bringen feuchte Luft sogar bis nach Europa und spielen dadurch eine große Rolle für unser Klima. II.2.3 Gebirgsketten Innerhalb der Kontinente beeinflussen große Gebirge die Klimaverhältnisse. Die Berge zwingen die Luft zum Aufsteigen und damit zum Abkühlen. Da kühle Luft weniger Feuchtigkeit speichern kann, ist sie gezwungen, diese in Form von Regen oder Schnee frei zu setzten. Ein Höhenunterschied von

6 ca. 1000m verursacht eine Abkühlung von durchschnittlich 6 C, was einer geographischen Breitenzunahme von ca. 900 km entspricht. Die windzugewandten Seite ist durch den Temperaturverlust viel niederschlagsreicher, als die Seite im Rücken des Gebirges. An der windabgewandten Seite entsteht ein Regenschatten, da dort die nun trocken Luft absinkt, sich dadurch wieder erwärmt und dem dortigen Gebiet Feuchtigkeit entzieht. Dadurch entstehen an den windabgewandten Seiten des Gebirges unter anderem Wüsten. Typische Beispiele sind hier das Himalaja Gebirge Asiens oder die Rocky Mountains Amerikas. II.3 Biome Bild 1 Biome der Erde Ein Biom ist ein großflächiger Lebensraum in der Biosphäre, welcher sich je nach Klima und Umweltfaktoren von anderen Biomen unterscheidet. Treten in verschiedenen Bereichen ähnliche klimatische und umweltphysikalische Faktoren auf, so entstehen dort unabhängig voneinander ähnliche Biome. So ist zum Beispiel direkt um den Äquator der tropische Regenwald, welche in Asien (speziell Indonesien, Philippinen, Malaysia, Papua-Neuguinea), Afrika und Südamerika wegen ähnlichen Klimabedingungen wachsen. Wandert man vom Äquator nach Norden, so kommt man über ein Savannengebiet zu den Wüsten, welche zwischen dem 15ten und 30sten Breitengraden liegen. Sie sind aufgrund von terristrischen Massen etwas verschoben. In NordAfrika beginnt die Wüste schon ab Breitengrad 15, wobei im Süden Afrikas, Australien und Südamerika erst ab den 20sten Breitengrad und in Asien und Nordamerika erst ab Breitengrad 25 eine Richtige Wüste zu erkennen ist. Auf die Wüste folgt sommergrüner Laubwald, welcher an den Meeren und hauptsächlich in Europa durch das mediterisale Biom versetzt auftritt. Der sommergrüne Laubwald wir dann spätestens bei Breitengrad 60 durch den borealen Nadelwald ersetzt, welcher sich hauptsächlich über Asien und Kanada erstreckt. Auf ihn folgt dann direkt die Tundra und die Eiswüsten. II.3.1 Trockenklimate Zu den Trockenklimaten der Erde zählen das Wüstenklima, Savannenklima, Tundrenklima und das Eisklima. Von allen terrestrischen Biomen sind die Wüsten die Trockensten und Niederschlagsärmsten. Die durchschnittliche Vegetation in Wüsten bedeckt weniger als 5 % der Oberfläche. Ursachen sind Wassermangel (Trockenwüste, Hitzewüste), Überweidung oder fehlende

7 Wärme (v.a. in den subpolaren Regionen Eiswüste, Tundra). Bild 2 Ausbreitungsgebiet der Trokenklimate Wüstenklima Hitze- und Trockenwüsten sind in der Regel starken, regelmäßigen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Sie sind jeweils zwischen den 15ten und 30sten Breitengrad auffindbar. Luftmassen werden hier gezwungen, abzusteigen. Dadurch erwärmen sie sich und können Wasser vom Land absorbieren. Wegen der Inversionsschicht in der Tropopause können die Luftschichten nicht mehr aufsteigen und müssen nach Norden oder Süden abwandern. Deswegen nimmt die relative Luftfeuchtigkeit ab und es kommen trockene und wolkenlose Klimaverhältnisse auf. Die Vegetationsperiode in Bild 3: Sandwüste diesen Gebieten ist normalerweise fünf bis sechs Monate, manchmal auch sieben Monate. Da es in diesen Breitengraden ein Jahreszeitenklima gibt, sind die Niederschläge häufiger im Winter aufzufinden. Ansonsten herrscht dort ein Solarklima, mit sehr geringer Artenvielfalt, welche von Dornbuschgewächsen aus der Wüsten- und Steppenvegetation geprägt sind. Eine weitere Aufteilung der Trockenwüsten ist nach ihrem Material möglich. So gibt es die Sandwüste, welche hauptsächlich aus Quarzsand besteht, der eingeweht wurde oder durch Erosion von Kieswüsten herrührt. Ein typisches Merkmal dieser Wüsten sind die Dünen, bzw. die Wanderdünen. Daneben gibt es Kieswüsten, welche aus den Steinwüstenerosion entstehen oder aus Kiesablagerungen von Gletschern. Die Steinwüsten bestehen aus dichten Schutt- und Felsmaterial. Eine Trockenwüste, welche nicht nach der Steingröße geordnet ist, ist die Salzwüste. Diese entsteht aus Verdunstung von Wasser in trokenen Gegenden, in denen Wasser nicht abfließen kann (Iran, Zentralasien). Zu weiteren Trockenwüsten gehört die Regenschattenwüste, welche hinter hohen Gebirgen vorkommt (siehe oben unter Gebirgsketten). Weitere, nicht ausgeprägte Wüsten sind die Küstenwüste, Nebelwüste, Windwüste und die Reliefund Binnenwüste. Letztere ist im Inneren von Kontinenten und entsteht durch austrocknen von Beckenlagen.

8 Savannenklima Das Savannenklima liegt zwischen den Wüsten und dem tropischen Regenwald. Sie ist der Übergangsbereich vom feuchten zum extrem trockenen Klima. Im allgemeinen sind Savannen Grasländer mit unregelmäßig auftretenden Bäumen. Von der Savanne bedeckte Gebiete sind hauptsächlich in Zentral-Südamerika, Zentral- und Südafrika und in Australien zu finden. In der Savanne gibt es drei Jahreszeiten, nämlich kühl und trocken, heiß und trocken, und warm und nass. Sie folgen immer wieder aufeinander. Die Vegetation ist Bild 4: Savannenklimat artenreich und von periodischen Bränden abhängig, da diese immer wieder neue Nährstoffe für die Pflanzen bringt. Auch die Savannen kann man unterscheiden in Feuchtsavanne, Trockensavanne und Dornsavanne. Eisklima Kälte- oder Eiswüsten sind Gebiete, in denen so gut wie keine Pflanzen wachsen können und auch Tiere nur bedingt vorkommen aufgrund der niedrigen Temperaturen. Hier herrschen oft extrem trockene und starke Winde. Der Unterschied zwischen Kälte- und Eiswüsten ist die Bedeckung der Oberfläche mit Eis (Schnee). Diese Wüstenarten treten besonders an den Polen (Antarktis, Arktis) und in Grönland auf. Aber auch in den großen Gebirgen auf der Erde (Himalaja, Rocky Mountains, Alpen) kommt dieses Klima vor. Die größte Eiswüste ist die Bild 5: Eisklimat Antarktis, bei welche im Inneren so gut wie nie Niederschlag fällt, da diese aufgrund der extremen Temperaturen schon an den Küstengebieten niedergehen. Aufgrund des starken Reflexionsvermögen von Eis wird in den Eiswüstengebieten kaum Wärme absorbiert und es kann bei Polarnächten zu Temperaturen von bis zu knapp 90 C kommen. Nicht nur auf unseren Planeten gibt es Kältewüsten. So hat zum Beispiel der Mars auf seiner Oberfläche auch in großen Teilen Kältewüsten. Tundrenklima Die Tundrengebiete sind durch den permanenten Frostboden gekennzeichnet und liegen in den Gebieten zwischen den Eiswüsten an den Polen und den borealischen Nadelwald. In diesen Subpolargebieten klettern die Temperaturen in den wärmsten Monaten auf durchschnittlich 6 bis 10 C. Im Norden ist die Tundra die Grenze für das Pflanzenwachstum. Die Vegetation besteht hauptsächlich aus Moose und niedrigen, strauchartigen Pflanzen, welche eine Vegetationsperiode von zwei bis vier Monaten besitzen. Auch in dieser Phase müssen sie sich vor Bild 6: T undrenklimat dem Frost schützen. Die Tundra ist zudem sehr Niederschlagsarm, jedoch führt die Kombination aus Permafrost, niedrigen Temperaturen und geringer Verdunstung dazu, dass die Böden dauernd mit Wasser getränkt sind. Im Sommer herrschen sehr lange Tage. Während dieser Zeit explodiert das Pflanzenwachstum. Eine solche Vegetation und ein solches Klima lässt sich auch in der alpinen Tundra finden, welche auf gewissen Höhen bis in subäquatoriale Gebiete reichen.

9 II.3.2 Tropischer Regenwald Bild 7: Ausbreitungsgebiet des tropischen Regenwaldes Der tropische Regenwald liegt um den Äquator. Hier dauern die Tage 12 Stunden und die Temperaturen schwanken nur kaum. Die Niederschläge sind ganzjährig, jedoch im Frühjahr und im Herbst am intensivsten. Dies sind die sogenannten Regenzeiten (ca. 10 Monate) welche Grund dafür sind, dass meist mehr Niederschlag fällt, als Wasser von der Luft aufgenommen werden kann. Das meiste Wasser, welches absorbiert wird verdunstet gleich wieder, sodass in sehr kurzen Zeitabständen regelmäßig Niederschlag fällt. Jährlich kommen Niederschlagsmengen zwischen 20 und 40 m(!), in windzugewandten Berghängen sogar teilweise über 60m gemessen. Die Maximaltemperaturen liegen an den heißen Monaten bei ca. 30 C, während im Winter Temperaturen von 24 C vorliegen. Die tägliche Bild 8: tropischer Regenwald Temperaturdifferenz zwischen Tageshöchst- und Tiefsttemperatur betragen zwischen fünf und zehn Grad Celsius. Das Klima in den tropischen Regenwäldern nennt man auch Tageszeitenklima, da keine regelmäßige Vegetationsperioden aufgrund der thermisch unterscheidbaren Jahreszeiten vorkommen (im Regenwald ist zu jeder Jahreszeit ein Pflanzenwachstum gewährleistet). Lokal beeinflusst der Regenwald sein Klima in der Hinsicht, dass eine extrem starke Wolkenbildung wegen der starken Verdunstung herrscht. Dadurch erreicht die Sonne während bestimmter Tageszeiten, in denen die Verdunstungsphase am stärksten ist, nicht einmal die obersten Baumkronen. Bei der Rodung des Regenwaldes kann dieser Wasserkreislauf, welcher zusätzlich das die Erde kühlt, in sich zusammenbrechen und dadurch die gerodeten Flächen austrocknen. Da deswegen keine neuen Wolken mehr zusammenkommen, verändert die die Strahlungsbilanz negativ bezüglich der globalen Erwärmung. Grund für die Bilanzänderung ist, dass der Wald, welcher als CO2 Speicher dient, durch Rodung das gespeicherte CO2 freisetzt und damit den CO2 Anteil in der Atmosphäre erhöht. (Der Regenwald baut kein CO2 bzgl. der globalen CO2 Erzeugung ab, da er immer die gleiche Masse an CO2 umwandelt und somit als Speicher dient, aber nicht als CO2 Senker)

10 Der Boden der tropischen Regenwälder ist nur an der Oberfläche nutzbar für die Pflanzen. Da die Böden der Regenwälder sehr lange Zeit dem feuchten und warmen Klima ausgesetzt waren, hat sich im Untergrund das Gestein extrem stark verankert. Die zum Pflanzenwachstum wichtigen Mineralien verschwanden jedoch in der Tiefe des Untergrundes, sodass auch die Oberfläche der Böden relativ arm an Nährstoffen ist. Deshalb holen sich die Pflanzen ihre Nährstoffe fast nur über der Erde, also aus den gestorbenen Pflanzen oder Tieren (manche Pflanzen auch von anderen lebenden Pflanzen). Da stets das gleiche warme und feuchte Klima vorherrscht, werden die abgestorbenen Körper jedoch sehr schnell zersetzt und stehen den Pflanzen in nur kürzester Zeit als Nährstoff zur Verfügung. Die Nährstoffe können heutzutage aufgrund des mit Pflanzen und Wurzeln übersiedelten Bioms nicht mehr in die Tiefe gelangen. Der allgemeine tropische Wald (Region zwischen 23,5 südlicher und 23,5 nördlicher Breite) besteht aus den tropischen Trockenwäldern (beinhaltet Savanne), den tropischen laubabwerfenden Wäldern (von Savanne zum Regenwald) und dem tropischen Regenwald. Das Klima im tropischen Trockenwald ist geprägt durch ausgedehnte Dürrezeiten mit allgemein niederigen Niederschlagswerten. Er liegt in tiefergelegenen Gebieten, besteht zum größten Teil aus dornigen Sträuchern und Bäumen und hat an den tropischen Wäldern einen Anteil von 42 %. Das Klima im tropischen, laubabwerfenden Wald ist geprägt durch lange Dürrezeiten und schwere Regen- oder Monsunniederschlägen. Die Pflanzen in diesen Biom, welche ihre Blätter während der Dürrezeiten verlieren und bei den lang anhaltenden Regenergüssen wieder neu austreiben sind hauptsächlich Bäume und Sträucher. Dieser Wald hat an 32 % des tropischen Waldes Anteil. Den restlichen Anteil füllt der üppige tropische Regenwald, welcher die größte Artenvielfalt der Erde aufweist (so viele verschiedene Arten wie alle anderen Biome zusammen). II.3.3 Taiga (borealer Nadelwald) Bild 9: Ausbreitungsgebiet des borealen Nadelwaldes Die Taiga ist das größte am Land gelegene Biom der Erde. Sie breitet sich quer über Asien, Europa und Nordamerika auf der Nordhalbkugel der Erde aus. Sie bildet im Norden den Anschluss zur arktischen Tundra und im Süden grenzt sie an die sommergrünen Laubwälder oder Waldsteppen. Damit liegt ihr Gürtel zwischen dem 50ten Breitengrad und dem nördlichen Polarkreis. Das Klima des borealen Nadelwaldes ist durch lange, kalte Winter und kurze, nasse Sommer geprägt. Während der zwei bis viereinhalb monatigen Vegetationszeit wachsen die Bäume jedoch sehr schnell aufgrund der sehr langen Tage (bis zu 18 Std. Lichteinfall). Die Niederschlagsmenge ist je nach geographischer Lage der Tundra verschieden. In meeresnahen Gebieten (z.b. Skandinavien) erreicht man mm Niederschlagsmenge pro Jahr mit einer Durchschnittstemperatur von

11 ca. -10 C in den kalten Monaten, während man in den kontinentalen Zonen nur die Hälfte an Niederschlagsmenge aufweisen kann. Die Niederschläge kommen allerdings meist in Form von Schnee. Im kurzen warmen Sommer ( Tage) bekommt man sogar Tagesdurchnittstemperaturen von über 10 C. Die Taiga ist die wirtschaftlich wichtigste Waldregion, da sie mit 1,4 Milliarden Hektar den größten zusammenhängenden Wald in unserer Welt besitzt. Der Boden der Taiga ist mit einer dicken Schicht Humus gefüllt und aufgrund der schwer zersetzbaren Bestandteile der abgestorbenen Bäume mit wachshaltigen Nadeln und der mit der Kälte verbundenen langsameren Arbeit der Mikroorganismen wird dieser Humus nur sehr sehr langsam zersetzt. Dadurch kommen die lebenden Pflanzen nicht an die wichtigen Mineralien, welche im alten Holz gespeichert sind. Deshalb spielt bei der Entwicklung von borealen Wäldern Feuer, welches durch Blitzeinschläge entsteht, eine wesentliche Rolle. Das Feuer muss den Mineralboden wieder freilegen, damit neue Bäume wachsen können, denn die Baumsamen finden in der Bild 10: Borealer Nadelwald Regel aufgrund der dicken Humusschicht keinen Kontakt zum Boden. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Feuers ist, dass die Mineralien im abgestorbenen Holz wieder freigesetzt werden, welche zum Wachsen neuer Bäume gebraucht werden. Die regelmäßigen Brände in bestimmten Gebieten heißen auch Feuerrotationen und ihre Periode liegt je nach der Feuchte des Gebietes zwischen 50 und 500 Jahren (im trockenen Alaska und Kanada zwischen 50 und 100 Jahre, in sehr feuchten Gebieten über Jahre). Da die basischen Mineralien nur sehr unregelmäßig zurückgeführt werden besteht der Boden aus Podsol, welches einen nierdrigen ph-wert (sauer) aufweist. Die größten Teile des borealischen Nadelwaldes stehen auf Dauerfrostböden (ca. 66%), welche im Sommer teilweise auftauen (bis zu 1 m). Die Wurzeln der Bäume reichen oft nur bis zu Tiefen von cm. Weil auch die darüber liegenden Schneedecken tauen, kommt es zur Versumpfung. Da auch hier keine vollständige Zersetzung von Humus stattfindet, entstehen sehr viele Moore. Die Pflanzen bestehen in bestimmten Regionen meist nur aus einer oder wenigen Arten. Typische Bäume der Taiga sind Fichten, Kiefern, Tannen oder Hemlock. Je weiter man Richtung Norden wandert, desto weniger dicht der Wald und er geht schließlich über zur Tundra. Die Bäume der Taiga sind normalerweise ca. 20 cm kleiner als mitteleuropäische Hölzer und ihr Durchmesser ist ebenfalls der kleineren Höhe angepasst. III. 3.4 Sommergrüne Laubwälder Sommergrüne Laubwälder sind in den Regionen mittlerer Breite auffindbar (gemäßigte Zone). Diese Zone beinhaltet Mitteleuropa, Ostasien, und die Osthälfte von Nordamerika. Diese Wälder halten Temperaturschwankungen von +30 C bis -30 C aus und haben eine Vegetationsperiode von fünf bis sechs Monaten. Die Wälder zeigen einen regelmäßigen Jahresrythmus. Im Winter verlieren die Bäume ihre Blätter, welche im Frühjahr wieder neu gebildet werden. Das Laub wird im Wald innerhalb einer Periode zersetzt und dadurch werden wieder wichtige Mineralien für den Bild 11: Sommergrüner Laubwald

12 energieraubenden Neuaustrieb von Blättern freigesetzt. Um einen sommergrünen Laubwald anzusiedeln benötigt es im Jahr mindestens eine warm-feucht Phase mit Temperaturen über 10 C und eine längere Frostperiode mit Temperaturen von unter -10 C. Außerdem muss die Niederschlagsmenge über 500 mm pro Jahr liegen und gemäßigt über das Jahr verteilt sein. Licht, Feuchtigkeit und Nährstoffe sind in den sommergrünen Laubwäldern reichlich vorhanden. Da ein relativ fruchtbarer Boden dazu kommt, ist auch hier eine große Artenvielfalt vorhanden. Diese reicht über Bäume, Sträucher und niedrigwachsenden Kräutern. Auch viele Tiere fühlen sich in diesen Habitaten wohl. Dominierende Bäume des sommergrünen Laubwaldes sind Eichen, Buchen, Birken, Ahorn und Hickory. III.3.5 Aquatische Biome Unter aquatische Biome versteht man limnische und marine Biome. Dies entspricht den ganzen Flächen unserer Erde, welche mit Wasser bedeckt sind. Marine Biome nehmen in Form von Ozeanen ca. 70% der Erdoberfläche ein. Ökologen trennen die aquatischen Biome in Süßwasser Gebiete (limnische Biome) und in Salzwasser gebiete, also Ozeane ein (manine Biome). Ich werde hier jedoch nur einen kurzen Überblick geben, wie limnische, bzw. marine Biome eingeteilt werden. Limnische Biome: Teiche und Seen: dies sind alle großen Wassergebiete innerhalb der terrestrischen Zone. Große Gewässer heißen Seen, kleine Teiche und Weiher. Bäche und Flüsse: darunter sind alle fließenden Gewässer innerhalb von Kontinenten gemeint Feuchtgebiete: im allgemeinen sind Feuchtgebiete mit Wasser bedeckte Gebiete, in welchen Wasserpflanzen wachsen können. Bekannteste Vertreter sind Sümpfe, Moore (Flachmoore) und Marschen Ästuare: sie sind die Übergangszone vom limnischen zum marinen Biom. Innerhalb der Ästuare schwankt die Salzkonzentration je nach Anteil des limnischen und marinen Einflusses. Häufig sind Ästuare Flussmündungen Marine Biome: Gezeitenzone: die Gezeitenzone ist der Übergang vom Land zum Meer und ist in periodischen Abständen über und unter Wasser. Korallenriffe: diese kommen in warmen, tropischen Gewässern im Sublitoral vor. das ozeanische Pelagial: dies ist das Gebiet des Meeres weg vom Kontinentalschelf, welche dauernd von Wasserströmungen vermischt werden. Hier ist die Nährstoffkonzentration sehr gering Benthos: unter Benthos versteht man eine Organismengesellschaft, die den Grund der Meere besiedelt. Sie leben entweder an Kontinentalabhängen oder auf dem Tiefseeboden, bei welchem in der Tiefe von m absolute Dunkelheit, extreme Drücke und geringe Nährstoffkonzentrationen typisch sind III Verhaltensökologie III.1 Sukzession (am Beispiel bei der Entstehung von Waldgebieten) Unter einer Sukzession versteht man in der Ökologie die Abfolge von verschieden Zusammensetzungen und Strukturen von Lebensgemeinschaften nach einer Störung. Die Sukzession dauert so lange, bis ein Endstadium (Klimax) erreicht ist. Eine Störung ist meistens eine

13 Naturkatastrophe wie nach einer Überflutung, einem Brand, einem Vulkanausbruch oder das Zurückziehen eines Gletschers. Durch die Katastrophe ist die vorhandene Vegetation völlig zerstört. Nun können neue Organismen die zerstörten, leeren Gebiete neu bevölkern. Solche Organismen besitzen eine hohe Fermilität haben kaum Ansprüche an Umweltfaktoren. Entsteht ein Gebiet neu (beispielsweise nach einem Gletscherrückzug), so heißt die Erstbesiedlung primäre Sukzession, wird ein Gebiet komplett zerstört und muss neu angesiedelt werden (z.b. nach einem Vulkanausbruch), so nennt man dies sekundäre Sukzession. Hier ist der Boden fruchtbarer als bei einer kompletten Neubesiedlung. Wird nun nach einem Gletscherrückzug das entstandene Gebiet neu besiedelt, so finden sich als erstes Moose und Flechten auf den Moränenschutt. Nach einer Zeit entwickeln sich dort langsam kleine Weiden, welche nach ca. 50 Jahren durch Erlen abgelöst werden. Haben diese einen besseren Boden gebildet, so können Fichten gedeihen, welche ihnen den Lebensraum wegnehmen. Letztendlich kommen zu den Fichten die Hemlocktannen hinzu und es entsteht ein wie in der (alpinen und arktischen) Tundra üblicher Fichten Hemlock Wald. Bild 12: Gletscherrückzug III.2 Biologische Invasion - Einschleppung von Organismen Bei diesem Thema, welches auch Biologische Invasion genannt wird, muss man unterscheiden zwischen absichtlicher und unabsichtlicher Einschleppung. Durch die ständige Globalisierung ist es heutzutage unmöglich, die Einschleppung von verschiedenen Bakterien, Viren oder Pflanzen zu vermeiden. Mit jedem Flugzeug oder Schiff werden hunderte von Organismen in andere Kontinente getragen. Ein gutes Beispiel ist die derzeitige Schweinegrippe, welche in Mexiko entstand und nun ein weltweites Problem ist. Pflanzen werden durch ihre Samen verschleppt. Diese sind oft so winzig, und verteilen sich in jede nur denkbare Fuge der Transportmittel. Dadurch wird die Artenvielfalt immer größer, das Risiko von schädlichen Bakterien und Viren wächst jedoch auch zunehmend. So vermehrte sich zum Beispiel der schädliche Borkenkäfer in Europa mit einer fast unaufhaltsamen Geschwindigkeit und ist nun eine Plage in fast allen Waldgebieten. Besonders stark zu sehen ist diese Einschleppung bei Neuentdeckungen von Inseln aufgrund ihres kleinen Lebensraumes. Die Einschleppung neuer Arten wurde mit der Zeit immer schneller und ist nun unaufhaltbar. IV Populationsökologie Die Populationsökologie beschreibt das Wachstum von Populationen, bzw. von Lebensgemeinschaften. Jede Population hängt von 2 wichtigen Parametern ab, der Populationsdichte (Abundanz) und ihrem Verteilungsmuster (Dispersion). Die Abundanz wird z.b. bestimmt durch direktes Zählen, Abschätzungen, indirekte Indizes (Nistplätze bei Vögeln, Bau bei Waldtieren,...) oder auch durch eine Fang- & Wiederfang- Methode. Für die Dispersion gibt es 3 verschiedene Möglichkeiten, da die Dichte in einem Gebiet lokal sehr schwanken kann. Das Verteilungsmuster kann geklumpt, homogen oder zufällig sein.

14 Demographie Ein weiterer Punkt der Populationsökolie ist die Demographie, die Untersuchung des Verhältnisses zwischen Geburten- und Sterberate. Dieses Verhältnis beschreibt das logistische Modell in sehr guter Näherung. dn K N =r max N dt K Mit rmax = Geburtenrate Sterberate, K = max. mögliche Populationsgröße (Umweltkapazität), (K N) = Anzahl der tragbaren Individuen für die Umwelt, K=N heißt Geburtenwachstum ist gleich der Sterberate. Das logistische Modell ist jedoch nur auf wenige Organismen direkt übertragbar, da meistens physikalische Variablen wie Temperatur, Feuchtigkeit, usw. wichtigere Faktoren sind als die Bevölkerungsdichte. Auch gibt es in der Realität Räuber oder Umweltkatastrophen. Dies hat meist aber nur zur Folge, dass am Grenzwert des logistischen Modells Oszillationen auftreten, das heißt ein immer wieder kurzzeitiges Überschreiten des Kapazitätniveaus vorkommt. Dadurch ist das Modell als Näherung für sehr viele Organismen anwendbar. Aus dem logistischen Modell zeigt sich auch, dass bei niedriger Bevölkerungsdichte Faktoren auftreten wie rasches Fortpflanzen und frühe Geschlechtsreife, während bei hoher Bevölkerungsdichte die Individuen erlernen mit knappen Ressourcen zu überleben und mit Konkurrenz umzugehen. Limitierende Faktoren Das Populationswachstum wird hauptsächlich von zwei Faktoren und deren Wechselwirkung beeinflusst: Dichteabhängige Faktoren für Populationswachstum: Ressourcenknappheit Fertilität (Fruchtbarkeit) nimmt ab durch Populationsanstieg Terribrialität (Verteidigung eines Gebierts) Raum wird zur limitierenden Ressource Begrenzte Anzahl an festen (sicheren) Brutplätzen Populationsdichte wirkt sich auch auf Gesundheit und Überlebensfähigkeit aus (viele Pflanzen Pflanzen werden kleiner weniger Blüten, Früchte & Samen Räuber: mehr Beutetiere werden gefressen als nachkommen (dichteabhängige Regulation der Beutepopularisation) Schadstoffproduktion (Kot vergiftet oft den Lebensraum) eine hohe Dichte induziert auch ein Stresssyndrom, woraus hormonelle Veränderungen der Geschlechtsreife und ein supprimiertes Immunsystem folgt. Dies hat zur Folge, dass die Reproduktivität abfällt und die Sterberate ansteigt. Dichteunabhängige Faktoren für Populationswachstum: Wetter und Klima: Herbstfrost tötet z. B. viele Insekten wämeabhängige Tiere produzieren im Sommer mehr Nachkommen Umweltereignisse, welche mit Jahreszeiten zusammenhängen (Brände, Lawinen, Stürme,... Aus der Wechselwirkung der dichteabhängigen Faktoren ergibt sich meist eine stabile Größe, welche an ihrer festen Grenze aufgrund der dichteunabhängigen Faktoren schwingt. Oft entsteht dadurch auch ein regelmäßiger Zeitzyklus. Ein Beispiel für solch einen Zyklus ist eine RäuberBeute- Beziehung. Das heißt: Beutepopulation nimmt zu Räuberpopulation nimmt zu Beutepopulation nimmt ab Räuberpopulation nimmt ab

15 Menschen Der Mensch nimmt in diesem Zyklus eine einzigartige Stellung ein. Er kann seine Geburtenrate selbst kontrollieren durch z.b. freiwillige Verhütung, staatliche Familienplanung, Bis jetzt weist die Menschheit ein exponentielles Wachstum auf, was durch die mit der industriellen Revolution verbesserten Hygiene und medizinische Fortschritte ( reduzierte Säuglingssterberate) verstärkt wurde. Jedoch gibt es auch für die Menschheit limitierende Ressourcen wie z.b. Nahrung, Lebensraum oder auch nicht erneuerbare Ressourcen wie Erdöl oder Metall.

16 V. Literaturverzeichniss: Buchliteratur: Neil A. Campbell, Biologie, Dt. Übers. Hrsg. Jürgen Markl, Heidelberg; Berlin; Oxford; Spektrum, Akad. Verl., 1997, ISBN W. K. Purves, D. Sadava, G. H. Orians, H. C. Heller, Biologie, Dt. Übers. Hrsg. Jürgen Markl, 7. Auflage, Spektrum Akad. Verl. 2006, ISBN Townsend, Harper, Begon, Ökologie, 2. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York, ISBN Internetliteratur: VI. Abbildungsverzeichniss: Bild 1: Bild 2: Bild 3: intro_wueste2_01_g.jpg Bild 4: %202006%20-% jpg Bild 5: Bild 6: Bild 7: Bild 8: Bild 9: Bild 10: Bild 11: Bild 12: