Reaktion von Flora und Fauna auf Klimaänderungen - Artensterben oder Anpassung

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Atmosphäre ermöglicht Leben

3. Kohlenstoffkreislauf

4. Bedeutung des CO2 Gehaltes und der Temperatur
4.1 Allgemein
4.2 Bedeutung des CO2 Gehaltes und der Temperatur für Pflanzen
4.2.1 Fotosyntheseleistung
4.2.2 Reaktion der Pflanzen
4.2.3 Zusammenhang Blattaufbau und Fotosynthesevorgänge
4.3 Bedeutung des CO2 Gehaltes und der Temperatur für Tiere
4.3.1 Einfluss der Parameter
4.3.2 Reaktion der Tiere

5. Auswirkungen weiterer Klimaänderungen auf Flora und Fauna
5.1 Verschiebung der Klimazonen
5.2 Veränderte Jahreszeiten und terrestrische Erwärmung
5.3 Erwärmung der Ozeane
5.4 Versauerung der Ozeane
5.5 Abschmelzen der Polkappen
5.6 Weitere Phänomene des Klimawandels

6. Schlussbemerkung

Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Die Menschen sind bestrebt danach, ihre Umgebung zu erklären und zu systematisieren. Das Klima und dessen Schwankungen sind dabei ein stark untersuchtes Phänomen. Das Leben, folglich die Biosphäre, ist von günstigen Klimabedingungen abhängig. Doch diese Werte, die als günstig bezeichnet werden, haben sich solange die Erde existiert auf unterschiedlichste Art verändert und sind erst seit einem Bruchteil der Erdgeschichte so konstant, dass sich Leben in der heutigen Form erhalten kann. Die Paläoklimatologie kann mit einem großen Spektrum an Untersuchungsmethoden den Zustand der Erde zu einer beliebigen Zeit in der Vergangenheit rekonstruieren. Dabei kann man auf die Anfänge des Lebens blicken und die damals herrschenden Bedingungen. Die ganze Evolutionsgeschichte basiert auf Veränderung und Anpassung oder Aussterben. Untersuchungen an Eiskernen in Grönland, an Sedimenten und Baumstämmen haben gezeigt, dass unser Klima ständigen Schwankungen unterliegt (Hänsel:15). Die aktuelle Klimaforschung greift auf die erschlossenen Daten der Vergangenheit zurück und versucht einen Blick in die Zukunft zu entwickeln. Dieser gestaltet sich oftmals schwieriger und unberechenbar. Auf der Basis von erklärtem Wissen werden Szenarien und Modelle entworfen, die selbst das Verhalten von Pflanzen und Tieren auf sich möglich verändernde Umwelt- und Klimabedingungen zu untersuchen hoffen.

Für die atmosphärischen Prozesse sind in der Klimatologie Bezugsgrößen wie die physikalisch messbaren Klimaelemente (z.B.: Niederschlag, Temperatur, Sonnenscheindauer) und die das Klima beeinflussenden Klimafaktoren (z.B.: Höhenlage, Exposition, Vegetation) von Bedeutung.

Von Klima kann man ab einem Zeitraum von 30 Jahren sprechen, in denen die atmosphärischen Prozesse über einem Gebiet die zeitlich und örtlich definierten Zustände prägen. Es ist eingebunden in ein komplexes Wirkungsgefüge zwischen Hydrosphäre, Kryosphäre, Lithosphäre und Biosphäre. Diese Interdependenz verstrickt die beteiligten Faktoren über verschiedenste Ebenen. Das Klima hat eine globale Größenordnung und ist auf einen Zeitraum von Jahren bis Jahrhunderten zu sehen. Die nächst kleinere Stufe bildet die Witterung, welche die atmosphärischen Prozesse großräumig und langwierig (Stunde- Jahr) anspricht und das Wetter begrenzt kleinräumige und kurzzeitig (Minute- Tag) das Geschehen.

Köppen legte den Grundstein für die Klimadefinition wie folgt „Unter Klima verstehen wir den mittleren Zustand und gewöhnlichen Verlauf der Witterung an einem gegebenen Orte. (aus Borchert, S. 12)

Blüthgen erweiterte 1964 (S.4) diese Definition „Das geographische Klima ist die für einen Ort, eine Landschaft oder einen größeren Raum typische Zusammenfassung der erdnahen und die Erdoberfläche beeinflussenden atmosphärischen Zustände und Witterungsvorgänge während eines längeren Zeitraumes in charakteristischer Verteilung der häufigsten, mittleren und extremen Werte.“

2. Die Atmosphäre ermöglicht Leben

Die Atmosphäre setzt sich aus verschiedenen Hydrometeoren (Wassertröpfen und Eiskristallen), Aerosolen (Lithometeore = feste oder flüssige Schwebepartikel) und Gasen zusammen. Die Hauptanteile in Volumenprozent haben Stickstoff N2 (78,084%) und Sauerstoff O2 (20,946%). Der Anteil an Kohlendioxid CO2 nimmt wieder kontinuierlich zu. Lag er um 1800 noch bei 0,028%, beträgt er im Jahr 2000 0,037%. 1990 war eine Konzentration von 350 parts per million (ppm) aufgezeichnet worden. Schätzungen zufolge würde sich dieser Anteil bei konstanter Verbrennung von fossilen Brennstoffen bis 2030, spätestens 2050 verdoppelt haben(Strahler:93).

Die Atmosphäre hatte in der Erdgeschichte ursprünglich einen überwiegenden CO2 Gehalt, der seit dem Auftreten der ersten Land-Gefäßpflanzen vor ca. 400 Millionen Jahren allmählich in O2 umgewandelt wurde (Schleser:73f).

Für Stoffwechselprozesse auf der Erde ist Kohlendioxid Grundvoraussetzung, da die Evolution ausgehend von der CO2 reichen Atmosphäre begonnen hat. Die Gase sind als Edukte und Produkte des Stoffwechsels der Pflanzen und Tiere von entscheidender Rolle und somit fest eingebunden in den biologischen Kreislauf. Im Laufe der Evolution bedingen Änderungen der äußeren Faktoren die Anpassung der Lebewesen in der Erhaltung ihrer Lebensfunktionen. Daher gesehen kann sich das Leben auf der Erde, im weiten Sinne gesehen, an fast alle Zustände anpassen. Leben basiert auf Evolution und dies bedeutet Wandlung. Es benötigt nur genügend Zeit für die Umstellung der Lebensweise auf veränderte Bedingungen. Einige Arten sterben dabei aus, weil ihnen dieser Schritt nicht gelingt, andere sind von vornerein auf „Nischenplätze“ eingestellt und haben eine Lebensform entwickelt, die es ihnen ermöglicht auch in einer unwirtlichen Umgebung zu existieren. Doch wodurch kommt es zu einem Wechsel der äußeren Bedingungen, wie etwa der Gaszusammensetzung oder der Temperatur? Einen großen Anteil daran tragen die exogenen Prozesse der Erde selbst bei. Ein Vulkanausbruch im Ausmaße des Maria Laach (ca. 930 v.Chr.) fördert enorm viel Asche- und Gaspartikel in die Atmosphäre und kann somit längere Zeit für Extremsituationen sorgen. Offen ist auch dennoch die Frage, ob die Organismen die Konzentrationsänderung selbst bedingen können oder sich ihr immer nur anpassen. Insbesondere Kohlendioxid spielt hierbei eine komplexe Rolle, denn es hat nicht nur einen unmittelbaren Einfluss auf den Gashaushalt, sondern wirkt sich als Treibhausgas auf andere Rahmenbedingungen wie Temperaturzunahme aus.

3. Der Kohlenstoffkreislauf

Der Kohlenstoff ist in der Natur in einen Kreislauf eingebunden. Er wird vom Kohlendioxid ausgehend über organische Verbindungen wieder zum Kohlendioxid zurückgeführt. Es hat sich dabei ein Gleichgewicht zwischen Assimilation (CO2 Bindung) und Dissimilation (CO2 Ausscheidung) eingestellt, wodurch es kaum zu Masseverlust kommt. Jedoch gibt es Verlagerungen, die teils von außerhalb der Biosphäre initiiert sind und auf die die Lebewesen zu reagieren gezwungen sind. Entweder sie passen sich an, oder sie sterben aus.

Carbonate werden unter Zugabe von CO2 gebildet, welches bei der Verwitterung der carbonatischen Verbindungen wieder frei wird (siehe Abbildung 1). Beim Vulkanismus entweichen gasförmige Verbindungen aus der Gesteinsschmelze in die Atmosphäre. Das in der Luft oder im Wasser angereicherte CO2 wird von Pflanzen aufgenommen und durch Fotosynthese in O2 umgewandelt. Menschen und Tiere benötigen dies für ihre Atmung und die Biomasse der Pflanze mit eingebauten organischen Kohlenstoffverbindungen als Nahrungsmittel. Bei beiden Prozessen findet ein Abbau statt und CO2 wird wieder abgegeben. Weiterhin wird bei der Verwesung toter Biomasse durch die Abbauprozesse der Mikrobakterien CO2 freigesetzt. Anderweitig durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Kohlenstoffkreislauf

Die Ozeane mit ihrem unzähligen Plankton sowie die Moore gelten als wichtigste CO2 Senken.

4. Bedeutung des CO2 Gehaltes und der Temperatur

4.1 Allgemein

Es existieren autotrophe CO2 Konsumenten, die der Atmosphäre Kohlendioxid entziehen, um im Zuge ihrer fotosynthetischen Lebensform unter Nutzung von Fremdenergie (z.B. Lichtstrahlung) CO2 und Wasserstoff (energiearme anorganische Stoffe) in organische Kohlenstoffverbindungen (energiereiche organische Baustoffe) umwandeln.

Heterotrophe CO2 Produzenten ernähren sich meist von diesen kohlenstofffixierenden Pflanzen und setzen dabei während ihres Stoffwechsels körperfremde organische Stoffe in körpereigene organische Stoffe um. Zur Erhaltung der Lebensenergie werden die im Körper angereicherten organischen Nährstoffe durch Dissimilation energieliefernd abgebaut. Dies erfolgt entweder durch Atmung oder Verdauung. Hierbei wird alles möglichst vollständig zu CO2 und H2O aufgespalten und abgegeben.

Kohlendioxid ist zwar nicht der mengenmäßig ausschlaggebende Bestandteil der Atmosphäre, in Bezug auf seine Qualität hingegen von großer Bedeutung für das gesamte Klimageschehen auf der Erde. Zusammen mit den Spurengasen Methan und Distickstoffoxid N2O ist es über den sogenannten Treibhauseffekt für eine schleichende Modifikation des Klimas verantwortlich. Der natürliche Treibhauseffekt beschreibt die Erwärmung der unteren Atmosphärenschicht durch eine erhöhte Rückstrahlung. Die nach der Einstrahlung auf der Erdoberfläche auftreffenden und langwellig wieder reflektierten Strahlungen werden auf ihrem natürlichen Ausstrahlungsweg von den Spurengasen blockiert und befinden sich somit in einem „Glashaus“. Dadurch ist auf der Erde eine relativ konstante Temperatur von ca. 15°C vorherrschend, die in toleranten Bereichen schwankt und somit Leben ermöglicht. (Borchert:26). Lebensprozesse laufen im allgemeinen zwischen 0°C und 40°C ab. Ein Unterschreiten dieses Temperaturbereiches kann zum Gefrieren der Zellflüssigkeit führen und ein Überschreiten des Toleranzbereiches zur Denaturierung (Gerinnung) der Enzyme und Zelleiweiße. Viele Organismen ertragen aber eine kurzzeitige Schwankung oder sind direkt an Extremzustände angepasst.

Seit den letzten zwei Jahrhunderten werden der Atmosphäre zunehmend mehr klimawirksamer Gase zugesetzt. Das Gleichgewicht zwischen Ein-und Ausstrahlung ist gestört und die atmosphärische Gegenstrahlung ist zum Anstieg gezwungen. Dies führt zu einer stärkeren Erwärmung der untern Troposphäre. Dieser anthropogen verstärkte Treibhauseffekt birgt in sich die Gefahr des raschen exponentiellen Anstiegs. In dieses System greifen jedoch weitgehend Rückkopplungssysteme, deren Einfluss nicht genau berechnet werden kann. Die Wolkenbedeckung, Wolkenart oder der Wasserdampfgehalt spielen dabei eine entscheidende Rolle (Lauer, Bendix: 55).

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