Jutta Schmid - Prüfungen erfolgreich bestehen im Fach Ökologie

Abiotische Umweltfaktoren, wie z.B. Umgebungstemperatur, Niederschlag und Bodenqualität, bilden die Rahmenbedingungen für das Vorkommen von pflanzlichen und tierischen Organismen. Pflanzliche Organismen bestimmen Struktur und Vielfalt der Vegetation und damit Mikroklima und Ressourcenverfügbarkeit (z.B. von Futter, Nistplätzen und Prädationsschutz), welche in Folge die Vielfalt tierischen Lebens beeinflussen.

1.1 Fragen und Antworten

Umweltfaktoren und Ressourcen

Temperatur, atmosphärische Zirkulation und Niederschlag

Vegetationsstruktur und Boden

Geographische Verbreitung terrestrischer Biome und Klima

Aquatische Lebensräume

1.1.1 Umweltfaktoren und Ressourcen

A Was sind Umweltfaktoren?

Umweltfaktoren können in abiotische (unbelebte) und biotische (belebte) Umweltfaktoren eingeteilt werden. Unter abiotischen Umweltfaktoren versteht man die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Umwelt, wie z.B. Temperatur, Feuchtigkeit, Lichtintensität oder pH-Wert, die Individuen oder Populationen beeinflussen. Biotische Umweltfaktoren sind Wechselwirkungen oder Interaktionen zwischen Individuen wie beispielsweise Nahrungs-, Feind-, Konkurrenz- oder Fortpflanzungsbeziehungen (s. Abb. 1.1).

Abb. 1.1: Eine Auswahl abiotischer (orange) und biotischer (grau) Umweltfaktoren am Beispiel einer Feldmaus (Microtus arvalis).

S Die Abgrenzung von abiotischen und biotischen Umweltfaktoren ist nicht immer eindeutig. Warum?

Abiotische und biotische Umweltfaktoren können nicht immer eindeutig unterschieden werden, da es bei indirekten Wechselwirkungen teilweise Übergänge gibt. Ein anschauliches Beispiel hierfür sind großblättrige Pflanzen, die durch die Beschattung des Bodens den Umweltfaktor Licht und somit das Wachstum niederwüchsiger Pflanzen einschränken. Somit wird die Konkurrenz (biotischer Umweltfaktor) um den Raum durch den Faktor Licht (abiotischer Umweltfaktor) beeinflusst.

D Was sind Ressourcen?

Alles was ein Organismus konsumiert, d.h. nutzt, umwandelt und verbraucht, wird als Ressource bezeichnet. Ressourcen lebender Organismen sind u.a. Stoffe, aus denen ihre Körper bestehen, Energie, die für ihre Aktivitäten benötigt wird (z.B. Kohlenstoffdioxid CO2 Sonnenstrahlen, Sauerstoff O2, Mineralstoffe, Nahrung, Wasser) oder aber auch Raum, (z.B. Territorien oder Nistplätze), in dem sich ihre Lebenszyklen abspielen. So sind beispielsweise für die Fotosynthese betreibenden grünen Pflanzen Sonnenlicht, CO2, Wasser und mineralische Nährstoffe wichtige Ressourcen. Herbivore Tierarten dagegen nutzen bereits gewachsene Pflanzen als Nahrungsressource.

F Was unterscheidet Ressourcen von Umweltfaktoren?

Ressourcen werden im Gegensatz zu Umweltfaktoren von Organismen verbraucht.

G Was bestimmt den Wert einer Ressource für einen Konsumenten?

Für einen Konsumenten errechnet sich der Wert z.B. einer Nahrungsressource durch deren Energiegehalt sowie durch den für deren Beschaffung nötigen Energieaufwand. So sind viele Nahrungsressourcen gegen Angriffe geschützt, wie beispielsweise durch die stacheligen Blätter der Stechpalme (Ilex aquifolium), durch die Stacheln von Igeln (Erinaceidae) oder auch durch chemische Verteidigungsmechanismen vieler Tiere und Pflanzen, was ihre Nutzung als Nahrungsressource schwieriger macht.

H Warum konkurrieren Individuen um Ressourcen?

Um die Bedürfnisse von Individuen einer Population zu decken, werden Ressourcen verbraucht. Da Ressourcen häufig nur begrenzt vorhanden sind, wird um sie konkurriert (s. Kap. 4).

1.1.2 Temperatur, atmosphärische Zirkulation und Niederschlag

A Worauf beruhen die klimatischen Unterschiede der Erde hauptsächlich?

Der Großteil der klimatischen Unterschiede der Erde kommt durch die ungleiche Erwärmung der Erde durch die Sonne zustande. Die Erde rotiert um die Sonne und um ihre eigene Achse, die durch den Nord- und Südpol verläuft. Dabei steht die Erdachse nicht senkrecht zu ihrer Umlaufbahn um die Sonne, sondern ist um 23,5° geneigt (Schiefe der Ekliptik). Als Folge wird die Erdoberfläche ungleich durch die Sonne erwärmt. An den polnahen Regionen wird aufgrund des flacheren Einfallswinkels der Solarstrahlung das Strahlungsbündel über eine größere Fläche verteilt. Gleichzeitig muss die Strahlung der Sonne, wenn sie in einem flachen Winkel auf der Erde auftritt, eine Luftschicht mit einer größeren Zahl molekularer Teilchen durchdringen, welche die Sonnenstrahlen stärker reflektieren bzw. absorbieren. Im Bereich des Äquators hingegen trifft die Solarstrahlung mehr oder weniger senkrecht und über eine kleinere Fläche verteilt auf die Erdoberfläche. Der Energieeintrag pro Fläche ist daher deutlich höher. Dadurch sind die jährlichen Durchschnittstemperaturen in den Tropen nahe dem Äquator am höchsten und nehmen zu den Polen hin ab (s. Abb. 1.2). Die Schiefe der Erdachse führt zu einer unterschiedlichen Einstrahlung der Sonne auf die Nord- und Südhalbkugel und ist dadurch für die jahreszeitlichen Schwankungen von Temperatur und Tageslänge verantwortlich.

Abb. 1.2: Solarstrahlung auf die Erde. Im Bereich des Äquators trifft die Strahlung senkrecht auf und die gleiche Energiemenge verteilt sich auf eine kleinere Fläche als an den polnahen Regionen. An den Polen ist der Einfallswinkel flacher und die Strahlung wird auf eine größere Fläche verteilt und ist daher weniger intensiv (verändert nach Smith und Smith 2009).

S Was ist der natürliche Treibhauseffekt und wie beeinflusst er das Energiegleichgewicht der Erde?

Die Erde nimmt die Sonnenenergie in Form kurzwelliger Strahlen auf, und die Erdoberfläche erwärmt sich. Die erwärmten Land- und Wasserflächen geben wiederum langwellige Strahlung an die Atmosphäre ab, wovon aber nur ein kleiner Teil ins Weltall entweicht. Der Großteil der Strahlung wird durch Wasserdampf, CO2 und andere Treibhausgase in der Atmosphäre gespeichert. Diese gespeicherte Energie wird teilweise wieder zur Erdoberfläche zurückgestrahlt und erzeugt dadurch den natürlichen Treibhauseffekt. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt würde die mittlere Oberflächentemperatur der Erde anstatt der lebenserhaltenden +15 °C lediglich –18 °C betragen. Aufgrund dieser Umwandlung von kurzwelliger Solarstrahlung in langwellige Rückstrahlung aus der Atmosphäre zur Erdoberfläche wird verloren gegangene Energie durch gewonnene Energie ausgeglichen (globales Energiegleichgewicht).

D Wie kommt die globale Zirkulation der Luftmassen zustande und welche Auswirkungen hat dabei der Corioliseffekt?

Die unterschiedliche Erwärmung von Erdoberfläche und Atmosphäre bewirkt die Zirkulation der Luftmassen und beeinflusst die Verteilung des Niederschlags. Die erwärmte Luft der Äquatorregion steigt aufgrund ihrer geringen Dichte auf und kühlt dabei ab. Durch das Abkühlen kondensiert die Luftfeuchtigkeit und fällt als Niederschlag zurück auf die Erde. Anschließend fließen die nun relativ trockenen Luftmassen nach Norden und Süden ab. Auf ihrem polwärts gerichteten Weg kühlt die Luft ab, wird aufgrund ihrer höheren Dichte schwerer, sinkt zur Erdoberfläche ab und fließt zum Äquator zurück. Dort ersetzt sie die zuvor aufgestiegene Luft. Aufgrund der Erdrotation und den damit verbundenen unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Erdoberfläche je nach geographischer Breite, werden diese oberflächennahen Luftmassen jedoch abgelenkt und der direkte Luftstrom von den Polen zum Äquator wird verhindert. Dabei werden die Luftmassen auf der Nordhalbkugel nach rechts und auf der Südhalbkugel nach links abgelenkt. Diese Ablenkung von Luftmassen wird als Corioliseffekt bzw. Coriolisbeschleunigung bezeichnet. Dadurch entstehen eine Reihe von Windgürtel, die entsprechend ihrer Himmelsrichtung benannt sind (z.B. polare Ostwinde, Westwinddrift, Nordostpassat). Diese Windgürtel unterteilen den Zustrom von Oberflächenluft zum Äquator und den Höhenstrom zu den Polen in drei Luftzirkulationszellen pro Hemisphäre (Hadley-Zelle, Ferrel-Zelle und Polarzelle, s. Abb. 1.3).