Globale Ökologie Kohlenstoffkreislauf Wintersemester 2009/2010 Heute: Christoph Müller Wolfgang Cramer Univ. Potsdam, Geoökologie, Globale Ökologie http://www.pik-potsdam.de/~cramer -> Lehre / "Teaching
Stöchiometrie: H 2960 O 1480 C 1480 N 16 P 1,8 S Warum Kohlenstoff? Kohlenhydrate Energie (Zucker, Stärke, Fette) Struktur (Cellulose, Chitin)
Kohlenstoffpools Pools Menge [Gt] Atmosphäre 720 Ozeane 38400 Lithosphäre >75000000 Landbiosphäre 2000 Lebende Biomasse 800 Tote Biomasse 1200 Süßwasser 1.5 Kohle, Öl, Gas, Torf 4130 (nach Falkowski 2000)
Stöchiometrie: H 2960 O 1480 C 1480 N 16 P 1,8 S Warum Kohlenstoff? Kohlenhydrate Energie (Zucker, Stärke, Fette) Struktur (Cellulose, Chitin) Treibhausgase
Ohne Treibhauseffekt: -18 C
Kohlendioxyd Methan Lachgas
[Tausend Jahre vor heute]
CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre CO 2 Sept. 88 Sept. 89 Sept. 90 Sept. 91 Sept. 92 South Equator North
Biosphäre im Erdsystem Klimasystem Atmosphäre Ozean Biosphäre (Land und Ozean) Anthroposphäre Kryosphäre Lithosphäre
Das Atmen der Atmosphäre Atm. CO2 (ppmv) Mauna Loa 370 360 350 340 330 320 310 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Jahre Atm. CO2 (ppmv) 358 356 354 352 350 348 Respiration Jan Feb Mar Apr May Jun Photosynthese Jul Monat Aug Sep Oct Nov Dec
Grüne Biosphäre
Fotosynthese
20 μm 6.11.2009 Kohlenstoffkreislauf
Fotosynthese NADP: Nicotinsäureamid-Adenin- Dinucleotid-Phosphat ATP: Adenosintriphosphat
Fotosynthese 2 Prozessteile lichtabhängig lichtunabhängig C4 vs. C3 Trennung Energiegewinnung und C-Assimilation Benötigt mehr Energie Spart Wasser
Stomatale Kontrolle von CO2-Aufnahme und H2O-Abgabe AET Ci AET Ci Canopy Conductance (Conductance=Leitfähigkeit, Reziprokwert des Widerstands, Einheit: mm/s) 6.11.2009 Kohlenstoffkreislauf
Transpiration
Wasserkreislauf Precip 9 Precip 110 Precip 458 Evap 9 Evapo 23 Transp 42 Runoff 45 Evap 503 Wasserfllüsse 1.000 km 3 /a
Wasser- und C-Kreislauf sind über die Stomata der Pflanzen gekoppelt ca. 42.000 km 3 /a Transpiration Ca. 120 GtC/a Kohlenstoffaufnahme H 2 O & C
Globale NPP (g C m -2 d -1 )
Respiration Dient der Energiegewinnung Photosynthese Wachstum Nährstoffaufnahme Abwehr Reparatur ca. 50% der Assimilate wird wieder durch die Pflanze selbst veratmet
Heterotrophe Respiration Kuyzakov 2006
Heterotrophe Respiration 0 500 1000 1500 gc/m 2 /year
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
Entwicklung der atmosphärischen Quellen und Senken von CO 2
Einfluss des Menschen auf den Kohlenstoffkreislauf Δ C in Vegetation Δ C im Boden Bondeau et al. 2007
Einfluss des Menschen II Bondeau et al. 2007
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
Globale NBP (g C m -2 d -1 )
Kohlenstoffkreislauf
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
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