Schwermetalle und Nährstoffkreisläufe im Ökosystem

Schwermetalle & Nährstoffkreisläufe in Ökosystemen

Schwermetalle in der Nahrungskette

Ein Mechanismus, durch den Schwermetalle in den Menschen gelangen, ist die Aufnahme durch Pflanzen über die Wurzeln. Tiere nehmen diese Metalle wiederum über das Futter auf, wodurch sie in die Nahrungskette eintreten.

Gefährliche Metalle für Lebewesen

Die gefährlichsten Metalle für alle Lebewesen sind Quecksilber, Cadmium und Blei. Für Lachse sind darüber hinaus auch Eisen, Aluminium, Kupfer und Zink schädlich.

Mobilität und Quellen von Schwermetallen

Schwermetalle können im Boden auf verschiedene Weisen transportiert werden:

• Sie können in der Bodenlösung gelöst oder durch Adsorption, Komplexierung und Fällung fixiert werden.
• Sie können von Pflanzen aufgenommen, in die Nahrungskette eingeschleust oder durch Verflüchtigung in die Atmosphäre freigesetzt werden.
• Sie können in Oberflächengewässer oder das Grundwasser gelangen.

Eine natürliche Quelle für Schwermetalle in Chile sind beispielsweise Vulkane wie der Llaima und der Chaitén.

Der Nährstoffkreislauf

Was sind Nährstoffe?

Nährstoffkreisläufe finden in der Natur kontinuierlich statt. Ein Nährstoff ist ein wesentlicher Bestandteil, den Lebewesen für ihr Wachstum und ihre Lebensfunktionen benötigen. Zu den wichtigsten Nährstoffen, die den Boden anreichern, gehören Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel.

Der Stickstoffkreislauf

Stickstoff (N) ist ein chemisches Element, das in allen lebenden Organismen vorkommt. Er ist auch ein wichtiger Bestandteil der unbelebten Umwelt wie Luft und Boden. Stickstoffatome bewegen sich langsam zwischen lebenden und toten Organismen sowie zwischen Land, Luft und Wasser. Lebewesen nutzen Stickstoff für die Synthese von Proteinen, Nukleinsäuren (DNA und RNA) und anderen grundlegenden Stoffwechselmolekülen.

Der Phosphorkreislauf

Der Phosphorkreislauf (P) funktioniert wie folgt:

• Phosphor wird aus Gestein freigesetzt und gelangt in den Boden, wo er von Pflanzen für ihre lebenswichtigen Funktionen aufgenommen wird.
• Tiere erhalten Phosphor, indem sie Pflanzen oder andere Tiere fressen.
• Bei der bakteriellen Zersetzung von Kadavern wird Phosphor als Orthophosphat (PO₄H₂) freigesetzt. Dieses kann direkt von Pflanzen genutzt werden, um organische Biomasse zu bilden. Durch Regen kann dieses Phosphat auch ins Meer oder Grundwasser gelangen.

Der Kaliumkreislauf

Kalium (K) ist ein essentielles Element für Pflanzen, Tiere und Menschen. Es ist an Prozessen wie der Photosynthese und chemischen Abläufen in den Zellen beteiligt und hilft, den Wasserhaushalt in den Zellen zu regulieren. Daher gehört Kalium zusammen mit Stickstoff und Phosphor zu den wichtigsten Elementen für lebende Organismen.

Der Schwefelkreislauf

Schwefel (S) ist ein wichtiger Bestandteil von Proteinen. Pflanzen und andere Primärproduzenten nehmen ihn hauptsächlich in Form von Sulfat-Ionen (SO₄²⁻) auf. Diese Organismen bauen die Ionen in Proteinmoleküle ein, wodurch der Schwefel in höhere trophische Ebenen gelangt. Wenn Organismen sterben, gelangt der Schwefel aus ihren Proteinen zurück in den Kreislauf und wird so umgewandelt, dass er von Pflanzen wieder als Sulfat-Ion aufgenommen werden kann.

Der Wasserkreislauf

Der Wasserkreislauf beschreibt den Prozess, bei dem Wasser von der Erde in die Atmosphäre und wieder zurück gelangt. Dieser Kreislauf verbindet die verschiedenen Gewässer wie Meere, Flüsse und Seen.

Phasen des Wasserkreislaufs

Die wichtigsten Vorgänge im Wasserkreislauf sind:

• Verdunstung: Wasser geht vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über.
• Kondensation: Wasserdampf in der Atmosphäre kühlt ab und bildet Wolken.
• Niederschlag: Wasser fällt in Form von Regen, Schnee oder Hagel zurück zur Erde.