Energiefluss und Wasserqualität in Ökosystemen
Eingeordnet in Biologie
Geschrieben am in 
Deutsch mit einer Größe von 8,37 KB
Energie in Ökosystemen
Energie ist definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten; die Maßeinheit im internationalen Einheitensystem ist das Joule. Energie tritt in der Natur in vielen Formen auf, wie Wärme, Bewegung oder chemische Bindungen. Ein grundlegendes Gesetz der Thermodynamik besagt: Energie kann weder erschaffen noch zerstört werden, sie kann nur umgewandelt oder übertragen werden. Ein Beispiel: Ein Mensch nimmt Energie durch Nahrung (chemische Energie) auf und nutzt sie, um Wärme und Körpergewebe zu erzeugen.
Woher kommt die Energie auf der Erde?
Sonnenlicht ist die primäre Energiequelle, die unseren Planeten speist und die Bewegung von Winden sowie Meeresströmungen antreibt. Diese Energie kann jedoch nicht von allen Lebewesen direkt genutzt werden; nur Primärproduzenten sind zur Photosynthese fähig.
Messung des Energieverbrauchs
Biomasse bezeichnet die Menge an organischer Substanz eines Individuums, einer trophischen Ebene oder eines gesamten Ökosystems. Sie wird meist in Gramm oder Kilogramm Trockenmasse pro Flächeneinheit gemessen. Alternativ erfolgt die Messung in Kilojoule pro Flächeneinheit.
Die verschiedenen Produktionsraten werden wie folgt definiert:
- Netto-Primärproduktion (NPP): Biomasseproduktion der Produzenten abzüglich der für die Atmung verbrauchten Energie (Brutto-Primärproduktion).
- Sekundärproduktion (PSN): Zunahme der Biomasse auf den verschiedenen Ebenen der Konsumenten.
- Netto-Ökosystem-Produktion (NEP): Die im Ökosystem über einen Zeitraum angesammelte Biomasse (NEP = Photosynthese - Atmung).
Materie und Energiefluss
Alle Lebewesen benötigen Energie für ihre lebenswichtigen Funktionen. Da Energie durch ein Ökosystem fließt und dabei verbraucht wird, spricht man von einem unidirektionalen Energiefluss. Im Gegensatz dazu zirkuliert Materie in einem geschlossenen Kreislauf: Organische Überreste werden von Mikroorganismen in anorganische Stoffe zersetzt, die wiederum von autotrophen und heterotrophen Organismen genutzt werden.
Der Energiezyklus
Energie ist der Lebensnerv unserer Gesellschaft – von der Beleuchtung und Heizung bis hin zur industriellen Produktion. Ihr Verhalten folgt den zwei Hauptsätzen der Thermodynamik:
1. Energieerhaltungssatz
Energie kann von einer Form in eine andere umgewandelt werden, aber sie geht nicht verloren. Lichtenergie wird beispielsweise in organische Stoffe (Holz) umgewandelt, die bei Verbrennung Wärme und Licht freisetzen. Potenzielle Energie wird in kinetische Energie umgewandelt, um Arbeit zu verrichten.
Physikalische Veränderungen des Wassers
| Körperliche Veränderungen | Anzeige-Eigenschaften und Kontamination |
|---|---|
| Farbe | Sauberes Wasser ist meist klar; Verfärbungen (rötlich, bräunlich, grünlich) deuten auf Huminstoffe, Eisen oder Algen hin. |
| Geruch und Geschmack | Chemische Verbindungen wie Phenole, Chlor oder der Abbau organischer Materie können starke Gerüche und Geschmäcker verursachen. |
| Temperatur | Erhöhte Temperaturen senken die Sauerstofflöslichkeit und beschleunigen Stoffwechselprozesse sowie Verwesung. |
| Material in Suspension | Partikel wie Ton oder Schluff können als stabile Kolloide oder durch Strömung bewegte Suspensionen vorliegen. |
| Radioaktivität | Natürliche Gewässer weisen geringe Werte auf; menschliche Aktivitäten können diese durch Isotope erhöhen. |
| Schäume | Waschmittelrückstände (Phosphate) führen zu Eutrophierung und behindern die Selbstreinigung von Flüssen. |
| Leitfähigkeit | Ein grober Index für die Konzentration gelöster Elektrolyte im Wasser. |
Chemische Veränderungen des Wassers
| Chemische Veränderungen | Umweltverschmutzung Angabe |
|---|---|
| pH-Wert | Beeinflusst chemische Prozesse; industrielle Einleitungen können den pH-Wert stark in den sauren Bereich verschieben. |
| Gelöster Sauerstoff (OD) | Niedrige Werte deuten auf Kontamination mit organischer Materie und schlechte Wasserqualität hin. |
| Biochemischer Sauerstoffbedarf (BSB5) | Maß für die Menge an Sauerstoff, die Mikroorganismen zum Abbau organischer Stoffe benötigen. |
| Chemischer Sauerstoffbedarf (CSB) | Gesamtmenge an Sauerstoff, die zur Oxidation aller Stoffe im Wasser erforderlich ist. |
| Gesamtstickstoff & Phosphor | Essentielle Nährstoffe, die in Überschuss zu Eutrophierung führen. |
| Anionen & Kationen | Indikatoren für Salzgehalt, landwirtschaftliche Düngung oder industrielle Verschmutzung. |
| Organische Verbindungen | Öle, Fette und Pestizide bilden Filme auf der Wasseroberfläche und schädigen aquatische Lebewesen. |
Biologische Veränderungen
| Biologische Veränderungen | Anzeige-Kontamination |
|---|---|
| Coliforme Bakterien | Fäkale Abfälle |
| Viren | Fäkale Abfälle und organische Trümmer |
| Mikroorganismen | Eutrophierung |
Pathogene Krankheiten durch Schadstoffe
| Typ | Krankheit | Symptome |
|---|---|---|
| Bakterien | Cholera | Durchfall, Erbrechen, Dehydration |
| Bakterien | Typhus | Fieber, Durchfall, geschwollene Milz |
| Virus | Hepatitis | Leberentzündung, Gelbsucht |
| Protozoen | Amöbenruhr | Schwerer Durchfall, Schüttelfrost |