Biogeochemische Zyklen: Elemente des Lebens & ihre Kreisläufe

Einführung in Biogeochemische Zyklen

Biogeochemische Zyklen sind die Recycling-Komponenten der Elemente, die eine konstituierende Rolle für das Leben spielen. Alle Organismen sind an ihnen beteiligt. Sie umfassen die Umwandlung von Elementen von organischer in anorganische Form, wobei die Verfügbarkeit als Produzenten in Boden und Wasser entscheidend ist.

Arten von Nährstoffkreisläufen

Gasförmige Nährstoffkreisläufe

Die Atmosphäre ist das Hauptreservoir für diese Elemente, die schnell in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren und Verluste minimieren. Die wichtigsten gasförmigen Zyklen sind der Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Stickstoffkreislauf.

Sedimentäre Nährstoffkreisläufe

Die Hauptlagerstätte für sedimentäre Nährstoffe ist die Lithosphäre (Erdkruste). Diese Zyklen, wie die von Schwefel und Phosphor, üben oft einen begrenzenden Einfluss auf lebende Organismen aus.

Der Kohlenstoffkreislauf

Dieses Element kommt in der Atmosphäre als CO2-Gas vor. Autotrophe Organismen nutzen es bei der Photosynthese, um Kohlenhydrate zu produzieren. Dieser Kohlenstoff gelangt durch die Respiration der Produzenten wieder als CO2 in die Atmosphäre. Ein zusätzlicher Anteil stammt aus der Verbrennung von Holz.

Sub-Zyklen des Kohlenstoffs

Der Kohlenstoffkreislauf findet in zwei Haupt-Sub-Zyklen statt: in aquatischen und terrestrischen Umgebungen.

Aquatischer Kohlenstoffkreislauf

Dieser Kreislauf findet in Flüssen, Seen und Meeren statt. Aquatische Lebensräume umfassen aerobe und anaerobe Zonen, die miteinander verbunden sind. Die Zersetzung von Kohlenstoff variiert je nach Gebiet und Tiefe.

Terrestrischer Kohlenstoffkreislauf

Im terrestrischen Bereich sind lebende Mikroorganismen, Bakterien und Pilze die Hauptdestruenten. Bei der Zersetzung von organischem Material können lösliche Verbindungen wie Zucker und Aminosäuren durch Regenwasser weggespült und schnell zersetzt werden. Unlösliche Verbindungen wie Zellulose werden von Pilzen angegriffen, während Lignin von Bakterien zersetzt wird. Am Ende gelangt der größte Teil des CO2 in die Atmosphäre.

Der Sauerstoffkreislauf

Das Auftreten phototropher Organismen führte zu einer Anreicherung der Atmosphäre mit Sauerstoff auf bis zu 21%. Dies ermöglichte die Entwicklung des aeroben Lebens, das in Tieren kulminierte. Sauerstoff ist auch in Wasser und Sedimenten löslich, wobei in großen Gewässern ein geringer Austausch mit der Atmosphäre stattfindet. Seine Produktion erfolgt hauptsächlich durch die Photosynthese der Primärproduzenten. In tieferen Schichten wird Sauerstoff durch Verbrauchsprozesse reduziert, was die Existenz anaerober Bakterien ermöglicht, die anaerobe Prozesse wie Fermentation durchführen, die mit dem Kohlenstoffkreislauf verbunden sind.

Der Stickstoffkreislauf

Stickstoff ist in der Atmosphäre reichlich vorhanden, aber für die meisten Organismen schwierig direkt zu nutzen. Pflanzen können Stickstoff nicht direkt als Gas assimilieren, sondern müssen ihn in Form von Nitriten und Nitraten aus dem Boden aufnehmen. Konsumenten erhalten Stickstoff, insbesondere für Nukleinsäuren und Proteine, von den Produzenten.

Wichtige Prozesse im Stickstoffkreislauf

• Stickstofffixierung
• Ammonifikation
• Nitrifikation
• Denitrifikation

Stickstofffixierung

Die primäre Quelle von Stickstoff für Organismen ist die Atmosphäre, aber die meisten Organismen können ihn nur in zugänglicher Form, d.h. als organische oder anorganische Verbindungen, nutzen.