Dynamik der Biosphäre Wintersemester 2005/2006 Wolfgang Cramer Lehrstuhl "Globale Ökologie" http://www.pik-potsdam.de/~cramer -> "Teaching"
Letzte Woche Endogene Dynamik der Biosphäre ist geprägt durch...... Wachstum & Atmung... Biodiversität (Populationsdynamik)
Heute... Globale Aspekte der Biodiversität Bodenprozesse mit globaler Bedeutung Grundlegende Eigenschaften Textur/Struktur Bodenbildung Bodenerosion
Sukzessionsdynamik Primärsukzession Sekundärsukzession Sturmlücken, Feuer ( disturbance )
Feuer als Störungsfaktor file:///c:/winnt/profiles/kirsten.000/personal/my stuff/dissertation/disputation/bac k2.jpg Yellowstone NP
Systemstabilität Resilience Anpassungsfähigkeit
Bedeutung der Biodiversität für Mensch und Erdsystem
Kulturpflanzen...abgeleitet aus Wildpflanzen durch Selektion und Züchtung Genetisch modifizierte Organismen (GMOs)
Biodiversität in der Kulturlandschaft Kulturlandschaften können höhere Landschaftsdiversität aufweisen als natürliche Landschaften der gleichen Region
Kulturpflanzen / Kulturlandschaft...abgeleitet aus Wildpflanzen durch Selektion und Züchtung Genetisch modifizierte Organismen (GMOs) Kulturlandschaften können höhere Landschaftsdiversität aufweisen als natürliche Landschaften der gleichen Region
Gefährdung der Biodiversität durch den globalen Wandel
Extinction threatened (% of global species no.) Plants and animals at risk Birds Mammals Fish Plants
Species numbers only? Concern is about unique systems that may be lost or severely damaged, e.g., Coral reefs Polar bears Alpine ecosystems Glaciers Small islands and many other ecosystems and species
Species numbers only? Concern is also about the services that ecosystems provide to humanity. Agriculture Forestry Carbon storage Water Conservation Tourism
literature review (from: Hare 2003 Assessment of knowledge on impacts of climate change - contribution to the specification of Art. 2 of the UNFCCC. WBGU Materialien, 106pp http://www.wbgu.de/wbgu_sn2003_ex01.pdf)
Coastal wetlands 1-2 C likely to lead to large losses due to sea level rise (Australia, Bangla Desh) Above 2 C many bird habitats are lost
Animals worldwide Some species at risk below 1 C (Australia, S Africa) Many species of all groups (fish, birds, polar bears) at risk above 1 C, mostly due to habitat change Above 2 C, some species reach their physiological limits widespread extinctions are expected
Ecosystems Ecosystems at risk below 1 C are coral reefs and some Australian and South African ecosystems Above 1 C many mountain ecosystems will change strongly and some forest regions will change, coral bleaching is widespread
Distributional changes across many species and groups Type of change Changed as predicted Change opposite to prediction 87% 13% poleward/upper 81% 19% equatorial/lower 75% 25% cold-adapted 74% 26% warm-adapted 91% 9% Phenological Distributional Abundance
Defining shifts in biomes C B A 1990 extent is A + B Future extent is B + C Decrease is A Stable area is B Increase is C Net change in extent is A - C Net % change in extent is (B+C)/(A+B)
Changing ecosystems at a global mean o temperature increase of 3 C Change: needle-leafed forests becomes broad-leafed forest Extinction Improvement Degradation Ecosystems that change are coloured. Improvement: Change: Degradation: Extinction: More trees and higher productivity Different species composition and landscapes Fewer trees and lower productivity Large habitat decline and irreversible change
Impacts on conservation areas 35% 30% Total percentage area of ecosystems affected 25% 20% Total percentage of nature reserves affected 15% Total percentage of strict nature reserves affected 10% 5% 0% 1 oc 2 oc 3 oc 60% Total percentage of the affected area that can adapt 50% 40% Total percentage of the affected nature reserves that can adapt 30% 20% Total percentage of the affected strict nature reserves that can adapt 10% 0% 1 oc 2 oc 3 oc
Combining climate change and other global change aspects: Impacts on biodiversity 1 Boreal forests Arctic regions 1 Tropical forests Land use Savannas CO2 concentrations Climate change Temperate forests Nitrogen deposition Alien species
Bodenprozesse mit globaler Bedeutung
Böden sind... von der Erdoberfläche bis zum Gestein reichende Ausschnitte aus der Pedosphäre,...... d.h. jenes Bereiches der Erdrinde, in dem die Lithosphäre durch atmosphärische Einflüsse und Organismen umgewandelt wurde und...... in dem derartige Umwandlungen weiterhin ablaufen. Die Grenze der Pedosphäre zum Gestein hin ist meistens unscharf. (Schachtschabel et al. Lehrbuch der Bodenkunde)
Böden... sind [, in der Landschaft,] die Matrix, durch die Energie, Wasser, Biomasse und Nährstoffe fliessen.... speichern grosse Mengen Kohlenstoff, der langsam an die Atmosphäre abgegeben wird.... enthalten zahllose Mikroorganismen (Pilze, Bakterien, Milben), Regenwürmer usw. (Bonan - Ecological Climatology)
Kohlenstoffvorräte Biom Fläche Kohlenstoffvorrat (Gt C) (106 km2) Vegetation Soils Total Tropische Wälder 17,6 212 216 428 Temperierte Wälder 10,4 59 100 159 Boreale Wälder 13,7 88 471 559 Savannen 22,5 66 264 330 Temperierte Grasländer 12,5 9 295 304 Wüsten & Halbwüsten 45,5 8 191 199 Tundra 9,5 6 121 127 Feuchtgebiete 3,5 15 225 240 Landwirtschaft 16 3 128 131 Total 151,2 466 2011 2477
Bodentextur/-struktur Böden bestehen aus... organischem Material (sich zersetzender Biomasse) anorganischen (mineralischen) Partikeln Luft Wasser
Organische Substanz meistens ca 1-10% (Mineralböden) seltener > 80% (organische Böden)
Bodenhorizonte
Mineralische Substanz Verwitterungsprodukte Drei Klassen: Sand: 0.05-2 mm Schluff (silt): 0.002-0.05 mm Ton (clay): < 0.002 mm
Textur Dreieck
Hydraulische Eigenschaften Textur Porosität Feldkapazität Welkepunkt Verfügbares Wasser Leitfähigkeit Matrixpotential % % % mm/h mm Sand 0.395 59 17 42 634-121 Sandiger Lehm 0.435 73 26 47 125-218 Lehm 0.451 87 34 53 25-478 Toniger Lehm 0.476 95 52 43 9-630 Ton 0.482 92 59 33 5-405
Bodenbildung / Verwitterung Klima Ausgangsgestein Relief Wasser Fauna & Flora Menschliche Tätigkeit
Zusammenfassung Endogene Dynamik der Biosphäre ist geprägt durch...... Wachstum & Atmung... Populationsdynamik/Sukzession... Bodenentwicklung