Grundlagen der Ökologie und Geomorphologie

Thema 6: Ökologische Grundlagen

Grundbegriffe

• Population: Gruppe von Individuen derselben Art, die im selben Gebiet leben.
• Gemeinschaft (Biozönose): Gesamtheit der Populationen verschiedener Arten in einem Gebiet.
• Biotop: Der unbelebte Lebensraum einer Gemeinschaft.
• Habitat: Der spezifische Lebensraum einer Art innerhalb des Biotops.
• Ökosystem: Funktionelle Einheit aus Biotop und Biozönose.

Umweltfaktoren

• Biotische Faktoren: Einflüsse durch andere Lebewesen (z.B. Konkurrenz, Prädation).
• Abiotische Faktoren: Einflüsse der unbelebten Umwelt. Beispiele:
  • Temperatur: Variiert mit Tag/Nacht, Jahreszeiten, Höhe, Breitengrad.
    • Ektotherm (wechselwarm): Körpertemperatur hängt von externen Quellen ab.
    • Endotherm (gleichwarm): Regulieren ihre Körpertemperatur selbst.
  • Luftfeuchtigkeit: Gehalt an Wasserdampf in der Luft.
  • Bodentextur:
    • Sand: Große Partikel.
    • Ton: Kleine Partikel.
    • Schluff/Lehm: Mittlere Partikel.
  • Wasserverfügbarkeit:
    • Hydrophil: Benötigt viel Wasser.
    • Xerophil: Benötigt wenig Wasser (trockenheitsliebend).
  • Boden-pH-Wert:
    • Halophil: Toleriert salzige Böden.
    • Andere Arten bevorzugen neutrale, alkalische oder saure Böden.
  • Licht (im Wasser):
    • Euphotische Zone: Genug Licht für Photosynthese (bis ca. 50-200m).
    • Disphotische Zone (Dämmerzone): Wenig Licht.
    • Aphotische Zone: Kein Licht (unter ca. 200-1000m).

Biologische Interaktionen

• Konkurrenz: Wettbewerb um begrenzte Ressourcen.
  • Intraspezifische Konkurrenz: Zwischen Individuen derselben Art.
  • Interspezifische Konkurrenz: Zwischen Individuen verschiedener Arten.
• Kooperation: Zusammenarbeit, die Vorteile für die Beteiligten bringt.
• Prädation (Räuber-Beute-Beziehung):
  • Echte Prädatoren: Töten und fressen ihre Beute.
  • Weidegänger/Browser: Fressen Teile von Organismen, töten diese meist nicht.
  • Parasiten: Leben auf oder in einem Wirt und ernähren sich von ihm.
• Mutualismus: Beziehung zum gegenseitigen Nutzen (+/+).
• Kommensalismus: Ein Partner profitiert, der andere wird nicht beeinflusst (+/0).

Ökologische Nische

Die Rolle/Funktion einer Art im Ökosystem (Ressourcennutzung, Interaktionen).

• Spezialisten: Nutzen nur wenige, spezifische Ressourcen.
• Generalisten: Nutzen ein breites Spektrum an Ressourcen.

Gefährdung von Arten

• Zerstörung und Fragmentierung von Lebensräumen.
• Einschleppung gebietsfremder (invasiver) Arten.
• Übernutzung von Arten (z.B. Überfischung, Jagd).
• Klimawandel.

Thema 7: Ökosysteme und Energiefluss

Trophische Ebenen

• Produzenten (Erzeuger): Erzeugen organische Substanz aus anorganischer (meist Photosynthese).
• Konsumenten (Verbraucher): Ernähren sich von anderen Organismen.
  • Primärkonsumenten (Herbivoren): Fressen Produzenten.
  • Sekundärkonsumenten (Karnivoren): Fressen Herbivoren.
  • Tertiärkonsumenten usw.: Fressen andere Karnivoren.
  • Omnivoren (Allesfresser): Fressen Produzenten und Konsumenten.
• Destruenten (Zersetzer): Bauen tote organische Substanz (Detritus) ab und führen Nährstoffe zurück.

Nahrungsbeziehungen

• Nahrungskette: Lineare Darstellung, wer wen frisst.
• Nahrungsnetz: Komplexes Netzwerk verbundener Nahrungsketten in einem Ökosystem.

Energiefluss und Stoffkreisläufe

• Energiefluss: Energie wird von einer trophischen Ebene zur nächsten weitergegeben, aber ein Großteil geht bei jedem Schritt durch Atmung und als ungenutzte Biomasse verloren (ca. 90%). Energie fließt in eine Richtung und wird nicht recycelt.
• Stoffkreislauf: Chemische Elemente (z.B. Kohlenstoff, Stickstoff) werden im Ökosystem zyklisch bewegt und wiederverwendet.

Biomasse und Produktivität

• Biomasse: Gesamtmasse der organischen Substanz in einem Organismus, einer Population oder auf einer trophischen Ebene.
• Produktivität: Rate der Biomasseproduktion pro Zeit- und Flächeneinheit.
  • Primärproduktion: Biomasseproduktion durch Produzenten (Brutto- vs. Nettoprimärproduktion = Brutto - Atmung).
  • Sekundärproduktion: Biomasseproduktion durch Konsumenten.

Ökologische Pyramiden

Grafische Darstellung der Verhältnisse zwischen trophischen Ebenen.

• Energiepyramide: Zeigt den Energiegehalt jeder Ebene; immer pyramidenförmig.
• Biomassepyramide: Zeigt die Biomasse jeder Ebene; meist pyramidenförmig (Ausnahmen möglich).
• Zahlenpyramide: Zeigt die Individuenzahl jeder Ebene; Form variabel.

Wichtige Stoffkreisläufe

• Kohlenstoffkreislauf: Bewegung von Kohlenstoff durch Atmosphäre, Ozeane, Lebewesen und Gesteine (Photosynthese, Atmung, Verbrennung, Sedimentation).
• Stickstoffkreislauf: Umwandlung von Stickstoff durch biologische (Bakterien: Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation) und physikalische Prozesse.

Thema 8: Populationen und Sukzession

Populationsökologie

• Population: Gruppe artgleicher Individuen in einem Gebiet.
• Merkmale: Größe (Individuenzahl), Dichte (Individuen pro Fläche/Volumen), Verteilung (räumlich), Altersstruktur.
• Populationsdynamik: Veränderung der Größe durch Geburtenrate (Natalität), Sterberate (Mortalität), Einwanderung (Immigration) und Auswanderung (Emigration).
• Wachstumsmodelle:
  • Exponentielles Wachstum (J-Kurve): Unbegrenztes Wachstum bei idealen Bedingungen.
  • Logistisches Wachstum (S-Kurve): Wachstum verlangsamt sich bei Annäherung an die Kapazitätsgrenze (K).
• Umweltwiderstand: Faktoren, die das Wachstum begrenzen (Ressourcenknappheit, Feinde, Krankheiten).
• Kapazitätsgrenze (K): Maximale Populationsgröße, die ein Lebensraum dauerhaft tragen kann.
• Räuber-Beute-Zyklen: Schwankungen der Populationsgrößen von Räubern und ihrer Beute.
• Konkurrenzausschlussprinzip: Zwei Arten mit identischer Nische können nicht dauerhaft koexistieren.

Schädlinge und Bekämpfung

• Schädling: Organismus, der menschliche Interessen negativ beeinflusst.
• Bekämpfungsmethoden:
  • Chemisch (Pestizide).
  • Biologisch (Einsatz natürlicher Feinde, sterile Männchen, Pheromonfallen).
  • Integriert (Kombination verschiedener Methoden).

Biologische Rhythmen

• Zirkadiane Rhythmen: Ca. 24-Stunden-Rhythmen (Tag-Nacht-Aktivität).
• Saisonale Rhythmen: Anpassungen an Jahreszeiten (z.B. Winterschlaf, Vogelzug, Blütezeit).
• Gezeitenrhythmen: Anpassungen an Ebbe und Flut in Küstenzonen.

Sukzession

Die zeitliche Abfolge von Lebensgemeinschaften an einem Standort.

• Primärsukzession: Besiedlung eines völlig neuen, unbelebten Standorts (z.B. Lavafeld, nackter Fels).
• Sekundärsukzession: Wiederbesiedlung nach einer Störung (z.B. Brand, Sturm, Kahlschlag), bei der Boden erhalten blieb.
• Pionierarten: Erste Arten, die einen Standort besiedeln.
• Klimaxstadium: Relativ stabiles Endstadium der Sukzession unter den gegebenen Umweltbedingungen.
• Sukzession nach Feuer (Beispiel): Brand -> Gräser/Kräuter -> Sträucher -> Pionierbäume -> Klimaxwald.

Boden

• Komponenten: Mineralische Substanz (Gesteinspartikel), organische Substanz (Humus, Lebewesen), Wasser, Luft.
• Bildung (Pedogenese): Langsamer Prozess der Verwitterung des Ausgangsgesteins und Anreicherung organischer Substanz; führt zur Ausbildung von Bodenhorizonten (O, A, B, C).
• Entwicklung: Aufbauende Prozesse (Verwitterung, Humusbildung) vs. abbauende Prozesse (Erosion).
• Degradation: Verschlechterung der Bodeneigenschaften durch z.B. Erosion, Versalzung, Verdichtung, Kontamination (Ursachen oft Entwaldung, intensive Landwirtschaft, Überweidung).

Thema 9: Geomorphologie – Relief und Formen

Reliefformende Faktoren

• Gesteinsart und -zusammensetzung: Härte, Klüftung, Wasserlöslichkeit beeinflussen Verwitterungs- und Erosionsbeständigkeit.
• Geologische Struktur: Lagerung der Gesteinsschichten (horizontal, geneigt, gefaltet) und Störungen (Brüche).
• Klima: Beeinflusst Verwitterungsarten und die dominierenden geomorphologischen Prozesse (Wasser, Eis, Wind).
• Zeit: Dauer, über die Prozesse wirken können.

Spezifische Relieftypen

• Relief auf Ton-/Mergelgestein: Weiches Gestein; in feuchtem Klima sanfte Hänge, in aridem Klima starke Zerschneidung ("Badlands").
• Karstrelief (auf Kalkstein): Entsteht durch Lösungsverwitterung.
  • Oberflächenformen: Karren (Rillen), Dolinen (Senken), Poljen (große Becken).
  • Untergrundformen: Höhlen, Schächte, Galerien, Tropfsteine (Stalaktiten, Stalagmiten, Säulen).
• Granitrelief: Hartes, aber geklüftetes Gestein; typisch sind Blockmeere, Wollsackverwitterung, Tors (Felsburgen).

Klimamorphologische Prozesse

• Fluvial (durch Flüsse): Erosion (Tiefen-, Seitenerosion), Transport, Akkumulation (Ablagerung).
• Glazial (durch Gletscher): Erosion (Schliff, Detersion), Transport, Akkumulation (Moränen).
• Äolisch (durch Wind): Erosion (Deflation, Korrasion), Transport, Akkumulation (Dünen, Löss).
• Marin (durch Meer/Küstenprozesse): Erosion (Abrasion), Transport, Akkumulation (Strände, Nehrungen).
• Gravitativ (Schwerkraft): Massenbewegungen an Hängen (Sturz, Rutschung, Fließen, Kriechen).

Formen durch Fließgewässer (Fluvial)

• Erosionsformen: Kerbtal (V-Tal), Sohlental, Klamm, Canyon, Rinnen, Wasserfälle.
• Akkumulationsformen: Schwemmfächer, Flussaue, Delta.
• Gemischte Formen: Mäander, Flussterrassen.

Formen durch Gletscher (Glazial)

• Erosionsformen: Trogtal (U-Tal), Kar, Hängetal, Rundhöcker, Gletscherschliff.
• Akkumulationsformen: Moränen (Grund-, Seiten-, Mittel-, Endmoräne), Sander, Drumlins, Oser.

Formen durch Wind (Äolisch)

• Erosionsformen: Deflationswannen, Pilzfelsen, Yardangs, Wüstenpflaster, Windkanter.
• Akkumulationsformen: Dünen (verschiedene Typen), Lössdecken.

Formen an Küsten (Marin)

• Erosionsformen: Kliff, Abrasionplattform (Schorre), Brandungshohlkehle, Brandungspfeiler (Stack), Brandungstor, Bucht, Landzunge.
• Akkumulationsformen: Strand, Nehrung, Haken, Tombolo, Sandbank, Watt, Marsch, Delta, Lagune/Haff.

Einfluss der geologischen Struktur

• Horizontale Lagerung: Tafelland, Tafelberge, Zeugenberge.
• Geneigte Lagerung: Schichtstufenlandschaft (Cuestas) mit asymmetrischen Hängen.
• Steile/Vertikale Lagerung: Schichtrippen, Kämme.
• Faltung: Antiklinalen (Sättel) und Synklinalen (Mulden), die zu Rücken oder Tälern erodieren können (Reliefumkehr).

Reliefentwicklung (Zyklische Betrachtung)

• Jugendstadium: Hohe Reliefenergie, starke Zerschneidung, steile Hänge.
• Reifestadium: Ausgeglicheneres Relief, abnehmende Hangneigung, breitere Täler.
• Greisenstadium (Alter): Geringe Reliefenergie, flaches Relief (Fastebene/Peneplain).