Kreislauf

Warum sind die Stoffe, die von einem natürlichen System gebraucht werden, unerschöpflich?

Bisher hast du gelernt, dass abiotische Faktoren unbelebte Stoffe sind, wie etwa Regen, Sonnenschein oder Erdboden. Diese Faktoren stellen Energie und andere Stoffe bereit, die von lebendigen Organismen in der Umwelt genutzt werden. Im letzten Abschnitt hattest du die Möglichkeit nachzuvollziehen, wie Energie in natürlichen Systemen fließt. Lass uns unseren Blick nun darauf richten, wie sich abiotische Faktoren in der Umwelt bewegen und wie diese genutzt werden.

"Ein Sonnenaufgang ist immer irgendwo; Tau trocknet niemals sofort; ein Regenschauer fällt ewig; Dampf steigt immer auf."



Wasser ist einer der wichtigsten abiotischen Faktoren in der Umwelt. Ahornbäume wurzeln, um Wasser aufzunehmen. Forellenbarsche nehmen Wasser über ihre Haut und ihre Kiemen auf. Küstenmammutbäume nehmen Wasser aus Nebel über ihre Nadeln auf. Kängururatten beziehen Wasser aus den Samen, die sie fressen. Du versorgst dich über das, was du isst und trinkst, mit Wasser. Jedes Lebewesen benötigt zum Überleben Wasser, egal in welcher Form.

Wasser gelangt beispielsweise durch Regen oder Schnee auf die Erdoberfläche. Wohin aber geht das Wasser dann in der Umwelt? Lass uns das herausfinden, indem wir beispielhaft einen Wasserkreislauf in einer Region untersuchen, in der es häufig regnet oder schneit. Meteorologen benutzen den Ausdruck atmosphärischer Niederschlag, um Regen, Graupelschauer, Hagel, Nebel und Schnee zu beschreiben. Lass uns damit anfangen, dass wir den Weg des Wassers zum Beispiel von einem Garten in Pankow nachverfolgen. Zuerst regnet es das ganze Jahr über ziemlich oft, manchmal schneit es auch. Während des Sommers fließt ein Teil des Regenwassers in einen Teich in der Nähe des Gartens. Dieser Teich ist ein Beispiel für ein offenes Gewässer. Andere Beispiele für offene Gewässer sind Seen, Teiche, Pfützen, Sümpfe oder Moore.

Der überwiegende Teil des Niederschlages in dem Garten durchtränkt die Erde. Das Wasser, das sich dann unterirdisch sammelt, wird Grundwasser genannt. Zwischen den einzelnen Teilchen, aus denen der Erdboden besteht, ist so viel Platz, dass dort eine Menge Wasser gespeichert werden kann. Manchmal ist das Grundwasser so nahe an der Erdoberfläche, dass du einen Brunnen graben kannst, um es zu erreichen. Es kann aber auch sein, dass ein Wasservorkommen zu tief in der Erde ist, um es einfach zu erreichen. Wenn aber die Geländeoberfläche unterhalb des Grundwasserspiegels liegt, spricht man von offenen Gewässern. Betrachte Abb 2.16, um eine Vorstellung davon zu entwickeln, wie das Wasser miteinander in Verbindung steht.

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"Wasser einzusparen ist nichts, was man nur während einer Dürreperiode machen sollte, wenn diese Ressource rar ist. Jeder verschwendete Tropfen Wasser ist ein Tropfen weniger in einer wilden Flusslandschaft; ein Tropfen weniger bei einer Lachswanderung, aber ein weiterer Tropfen in einem Damm, der ein prächtiges Tal füllt."



Sobald das Wasser aus unserem Garten in den Teich fließt, kann es verschiedene Wege nehmen. Ein Teil des Wassers wird verdunsten oder zu Wasserdampf werden. In diesem Fall wird der Wasserdampf die Wolken speisen. Ein anderer Teil des Wassers aus dem Teich wird einen Bach bilden und vom Teich aus in einen Fluss und von dem Fluss aus ins Meer fließen. Sobald das Wasser das Meer erreicht, zirkuliert es dort, bis es schließlich verdunstet und dann Regenwolken speist, die das Wasser dann um die ganze Welt tragen.

Doch lass uns noch einmal zum Garten zurückkehren. Das Wasser, das hier die Erde durchtränkt und das Grundwasser speist, kann jahrelang unter der Erde bleiben. Doch schlussendlich wird es in einen See, einen Teich oder gar das Meer einsickern. Von dort aus wird es dann verdunsten und sich mit dem vorhandenen Wasser in den Wolken einlagern.

Vertiefung

Wusstest du schon?
Du verbrauchst 20 Liter Wasser und mehr, wenn du beim Zähneputzen den Wasserhahn aufgedreht lässt.



Du hast gerade den Weg des Wassers von den Wolken aus auf die Erdoberfläche, in einen Teich, ins Meer, zu den Wolken und wieder zurück zur Erdoberfläche nachverfolgt. Diese Bewegung des Wassers nennt man einen Kreislauf. Ein Kreislauf ist ein Prozess, in dem es weder einen eindeutigen Anfang noch ein eindeutiges Ende gibt, der sich aber immer wiederholt.

Was aber ist die Energiequelle, die diesen Prozess in Gang hält? Wie du vielleicht aufgrund deines Wissens über Nahrungsketten vermutest, ist die Sonne die ultimative Energiequelle! Die Wärmeenergie der Sonne sorgt dafür, dass ein Teil offener Gewässer verdunstet. Wenn die Menge an verdunstetem Wasser in der Luft den Anteil übersteigt, den die Luft enthalten kann, bilden sich Wolken. Die Erdanziehung (Gravitation) hilft den Wolken dabei, das Wasser zurück an die Erdoberfläche zu befördern, wo es dann wieder verdunsten kann.

Aufgabe

Übung 2-2: Ein Tag im Leben eines Wassermoleküls
Einführung
In dieser Übung hast du die Möglichkeit zu untersuchen, wo Wasser vorkommt und wie es sich in unserer Umwelt bewegt. Du wirst gleich eine Geschichte hören und benutzt deine Fantasie, um dir vorzustellen, als Wassermolekül auf Reisen zu gehen. Danach hast du die Möglichkeit, einige der Ereignisse im Leben eines Wassermoleküls durchzuspielen.

Durchführung
Schritt 1: Wenn du mit der Übung anfängst, wird dir eine Geschichte vorgelesen. Schließe deine Augen und höre der Geschichte aufmerksam zu. Stell dir vor, dass du das Wassermolekül in der Geschichte bist. Sobald die Geschichte zu Ende ist, kannst du deine Gedanken und Ideen anhand der Diskussionsfragen weiter unten mitteilen.

Schritt 2: Erinnere dich daran, was sich in der Geschichte ereignet hat. Beschreibe in deinen eigenen Worten die Bedeutsamkeit von:

  • Verdunstung
  • Kondensation
  • Niederschlag
  • Transpiration (Ausdünstung)


Schritt 3: Diskutiere die folgenden Fragen.

  • Wie könnte sich der Wasserkreislauf in Abhängigkeit von dem Ort an dem du dich aufhältst verändern?
  • Sind es immer dieselben Wassermoleküle, die in der Umwelt zirkulieren? Warum ist das wichtig?
  • Welche Fragen hast du noch in Bezug auf Wasser?


Schritt 4: Wenn jedes Mitglied deiner Gruppe ein Wassermolekül wäre, wie würdet ihr die einzelnen Schritte des Wasserkreislaufs darstellen, wie sie in der Geschichte beschrieben wurde? Bitte schließt die folgenden mit ein:

  • in die Luft aufsteigen
  • sich mit anderen Wassermolekülen zusammenschließen
  • vom Himmel fallen
  • auf dem Boden landen
  • durch eine Pflanze reisen



Refexion

Überprüfe dich selbst!
Was würde mit den Menschen passieren, wenn alle Pflanzen aussterben?



Aufgabe

Ein Tag im Leben eines Kohlenstoffatoms
Verfolge den Weg eines Kohlenstoffatoms. Stell dir vor, du wärst ein Kohlenstoffatom in einem Kohlenstoffdioxidmolekül, das durch die Nase eines Löwen ausgeatmet wird. Schreibe eine Geschichte darüber, was du den restlichen Tag über erlebst. Achte darauf, dass du alle wesentlichen Schritte des Kohlenstoffkreislaufs berücksichtigst.

Für den Fall, dass eine abgestorbene Pflanze oder ein Tier nicht gänzlich von Destruenten zersetzt worden ist, kann es zu einem Prozess kommen, den man Inkohlung nennt: Dabei werden die abgestorbenen Pflanzen und/oder Tiere mit anderen abgestorbenen Pflanzen oder Tieren zusammengequetscht. Unter sehr hohem Druck, der für einen langen Zeitraum anhält, wird hieraus dann schließlich Kohle, Erdöl oder Erdgas. Dies sind Brennstoffe, die wir für die verschiedensten Zwecke einsetzten. Kohle, Erdgas und Erdöl zählen zu den fossilen Brennstoffen, da sie aus den Überresten von uralten Pflanzen und Tieren bestehen.

Dadurch, dass wir fossile Brennstoffe nutzen, tragen wir auch zum natürlich auftretenden Kohlenstoffkreislauf bei. Fossile Brennstoffe sind eine gute Quelle an Energie, die leicht zu transportieren ist. Aus diesem Grund legen Menschen fossile Brennstoffe frei und nutzen diese zur Fortbewegung oder um Wärme und Elektrizität zu erzeugen. Sobald Kohle, Erdöl oder Erdgas verbrannt werden, wird der darin enthaltene Kohlenstoff als Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre freigesetzt.

Kohlenstoffdioxid ist ein Treibhausgas. Treibhausgase findet man in der Luftschicht, die die Erde umgibt. Diese Gase sorgen dafür, dass mehr Sonnenwärme in die Erdatmosphäre hinein- als hinausgelangt. Mit anderen Worten: Genau wie das Glas eines Treibhauses die Sonnenwärme einschließt, schließen Treibhausgase Sonnenwärme in der Atmosphäre ein. Ein Teil des Kohlenstoffdioxids war schon immer in der Atmosphäre vorhanden; dennoch kann zu viel Kohlenstoffdioxid, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt wird, zu Umweltproblemen führen.

Normalerweise ist der Kohlenstoff in fossilen Brennstoffen in flüssiger oder fester Form unter der Erde eingeschlossen. Wenn fossile Brennstoffe zur Energiegewinnung verbrannt werden, gelangen große Mengen an Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre. Die Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre hat sich verdoppelt, seitdem die Menschen angefangen haben, fossile Brennstoffe zu verbrennen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich die Erde mit ansteigender Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Atmosphäre zunehmend erwärmt. Die Tendenz eines Temperaturanstiegs auf unserem Planeten nennt man Erderwärmung.

Aufgabe

Fragen zur Überprüfung

  1. Warum ist in den Wäldern von Wisconsin (Regionalbezug?) der Vorrat an Wasser und Kohlenstoffdioxid, der zum Leben und Funktionieren der Wälder notwendig ist, unerschöpflich?
  2. Aus welcher Quelle stammt die Energie für den Wasserkreislauf?
  3. Wo kannst du in den USA das meiste Frischwasser finden?
  4. Warum wird der Kohlenstoffkreislauf von Ökologen untersucht?

Einzelnachweise