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Stoffkreislauf einfach erklärt
In einem Stoffkreislauf gelangen Stoffe aus der unbelebten Umwelt in Lebewesen, werden über Nahrung weitergegeben und schließlich wieder freigesetzt. Produzenten können sie danach erneut aufnehmen. Energie nimmt dagegen einen gerichteten Weg durch das Ökosystem und bildet keinen Kreislauf.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie schließt sich ein Stoffkreislauf?
Stell dir ein abgefallenes Blatt im Wald vor. Seine Stoffe verschwinden nicht. Pilze, Bakterien, Regenwürmer und andere Zersetzer bauen das tote Material ab. Dabei werden unter anderem Mineralstoffe im Boden und Kohlenstoffdioxid in der Luft wieder verfügbar.
Stoffkreislauf
Ein Stoffkreislauf ist der wiederholte Weg von Stoffen zwischen der unbelebten Umwelt und Lebewesen. Dabei werden Stoffe aufgenommen, umgebaut, weitergegeben und wieder freigesetzt.
Drei Organismengruppen übernehmen dabei unterschiedliche Aufgaben:
- Produzenten sind vor allem Pflanzen und Algen. Sie stellen durch Fotosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser energiereiche organische Stoffe wie Glucose her. Dazu nutzen sie Lichtenergie.
- Konsumenten nehmen organische Stoffe mit der Nahrung auf. Pflanzenfresser fressen Produzenten; Fleischfresser fressen andere Konsumenten.
- Destruenten, auch Zersetzer genannt, bauen tote Lebewesen und Ausscheidungen ab. Dazu gehören beispielsweise Bakterien und Pilze. Auch Tiere wie Regenwürmer wirken an der Zersetzung mit.
Organische Stoffe sind hier kohlenstoffhaltige Bestandteile von Lebewesen, etwa Glucose und Körpersubstanz. Anorganische Stoffe wie Wasser, Kohlenstoffdioxid und Mineralstoffe gehören zur unbelebten Umwelt und können von Produzenten aufgenommen werden.
Ein Baum nimmt Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden sowie Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf. Eine Raupe frisst ein Blatt und übernimmt dessen Stoffe. Ein Vogel frisst die Raupe. Nach dem Tod der Organismen bauen Destruenten ihre Reste ab. Freigesetzte Mineralstoffe gelangen in den Boden, Kohlenstoff kann als Kohlenstoffdioxid in die Luft gelangen. Der Baum kann diese Stoffe erneut aufnehmen.
Produzenten bauen Stoffe auf, Konsumenten geben sie über Nahrung weiter und Destruenten machen Stoffe aus Resten wieder verfügbar.
Wie wandert Kohlenstoff durch das Ökosystem?
Kohlenstoff kann an verschiedenen Orten gespeichert sein: als Kohlenstoffdioxid in der Luft, in Glucose und anderer Biomasse oder langfristig in kohlenstoffreichen Stoffen wie Kohle und Erdöl. Ein Speicher ist ein Ort oder Material, in dem Kohlenstoff eine Zeit lang enthalten ist. Ein Fluss ist die Übertragung zwischen zwei Speichern.
Kohlenstoffkreislauf
Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt, wie Kohlenstoff zwischen Luft, Produzenten, Konsumenten, Destruenten und weiteren Speichern übertragen wird.
Verfolge ein Kohlenstoffatom Schritt für Schritt:
- Es befindet sich als Teil eines Kohlenstoffdioxid-Moleküls in der Luft.
- Eine Pflanze nimmt das Kohlenstoffdioxid auf. Bei der Fotosynthese wird der Kohlenstoff in Glucose und weitere organische Stoffe eingebaut.
- Ein Pflanzenfresser frisst Pflanzenteile. Das Kohlenstoffatom gelangt in seinen Körper.
- Ein Fleischfresser kann den Kohlenstoff übernehmen, wenn er den Pflanzenfresser frisst.
- Bei der Zellatmung wird ein Teil der organischen Stoffe abgebaut. Kohlenstoff gelangt dabei als Kohlenstoffdioxid zurück in die Umgebung.
- Nach dem Tod bauen Destruenten die verbliebene Biomasse ab. Auch dabei wird Kohlenstoff freigesetzt.
- Pflanzen können das Kohlenstoffdioxid erneut aufnehmen.
Fotosynthese und Zellatmung verlaufen in entgegengesetzte Richtungen: Bei der Fotosynthese wird Kohlenstoff aus Kohlenstoffdioxid in organische Stoffe eingebaut. Bei der Zellatmung werden organische Stoffe abgebaut und Kohlenstoffdioxid wird freigesetzt. Auch Pflanzen betreiben Zellatmung.
Ein zusätzlicher Fluss durch Verbrennung
Kohle und Erdöl enthalten langfristig gespeicherten Kohlenstoff. Werden solche fossilen Stoffe verbrannt, gelangt zusätzliches Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre. Dieser menschlich verursachte Fluss verändert die atmosphärische Kohlenstoffbilanz und verstärkt den Treibhauseffekt.
Warum bildet Energie keinen Kreislauf?
Stoffe und Energie werden oft gemeinsam über Nahrung weitergegeben. Trotzdem verhalten sie sich unterschiedlich.
Pflanzen nehmen Lichtenergie auf und wandeln einen Teil davon in chemisch gebundene Energie um. Konsumenten übernehmen diese Energie mit der Nahrung. Auf jeder Trophiestufe wird viel Energie für Lebensvorgänge genutzt und schließlich als Wärme an die Umgebung abgegeben. Außerdem werden nicht alle Körperteile gefressen oder verdaut.
Eine Trophiestufe ist eine Ernährungsstufe innerhalb einer Nahrungskette, etwa Produzent, Pflanzenfresser oder Fleischfresser.
In der Nahrungskette Fichte → Borkenkäfer → Specht → Sperber beginnt die Weitergabe bei der Fichte. Der Borkenkäfer erhält nur einen Teil ihrer gespeicherten chemischen Energie. Der Specht übernimmt wiederum nur einen Teil der Energie des Borkenkäfers.
Als grobe Faustregel werden manchmal etwa 10 % der Energie an die nächste Trophiestufe weitergegeben. Von 100 Energieeinheiten wären das ungefähr 10; rund 90 würden nicht an die nächste Stufe gelangen. Der genaue Anteil hängt vom betrachteten Ökosystem und den Organismen ab.
Stoffe kreisen, Energie fließt. Stoffe können erneut aufgenommen werden. Energie muss dem Ökosystem fortlaufend von außen zugeführt werden, hauptsächlich als Sonnenlicht.
Wie untersuchst du einen unbekannten Stoffkreislauf?
Ob Wald, See oder Wiese: Die Arten unterscheiden sich, das Grundmodell bleibt ähnlich. Gehe in vier Schritten vor.
- Lege das System fest. Entscheide, welches Ökosystem du betrachtest.
- Markiere Speicher. Suche Stoffe in Luft, Wasser, Boden und Biomasse.
- Ordne Flüsse zu. Frage bei jedem Pfeil: Welcher Vorgang überträgt den Stoff? Mögliche Antworten sind Fotosynthese, Nahrungsaufnahme, Zellatmung, Zersetzung oder Verbrennung.
- Prüfe die Rückführung. Zeige, wie Produzenten freigesetzte Stoffe wieder aufnehmen können.
In einem See nehmen Algen Kohlenstoffdioxid auf. Wasserflöhe fressen die Algen, Fische fressen Wasserflöhe. Bakterien und andere Destruenten bauen tote Organismen und Ausscheidungen ab.
- Speicher: Kohlenstoffdioxid im Wasser sowie Kohlenstoff in Algen, Wasserflöhen, Fischen und abgestorbenem Material.
- Natürliche Flüsse: Fotosynthese, Nahrungsaufnahme, Zellatmung und Zersetzung.
- Rückführung: Zellatmung und Zersetzung setzen Kohlenstoffdioxid frei, das Algen erneut aufnehmen können.
Typische Fehler vermeiden
- Ein Nahrungspfeil zeigt eine Übertragung, nicht die Rückkehr aller Stoffe zum Anfang.
- Destruenten stehen nicht nur am Ende einer einzigen Nahrungskette. Sie können Reste von Produzenten und von allen Konsumentenstufen abbauen.
- Pflanzen betreiben nicht nur Fotosynthese, sondern auch Zellatmung.
- Die ungefähre 10-%-Weitergabe ist eine Faustregel und kein für jedes Ökosystem exakter Wert.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Stoffkreislauf
- Produzenten: nehmen anorganische Stoffe auf und bilden Biomasse
- Konsumenten: übernehmen Stoffe über Nahrung
- Destruenten: führen Stoffe aus Resten zurück
- Kohlenstoff: fließt zwischen Luft, Biomasse und weiteren Speichern
- Energie: gelangt als Licht hinein und fließt gerichtet weiter
- Menschlicher Zusatzfluss: Verbrennung setzt gespeicherten Kohlenstoff frei
Abschluss-Check
Du hast das Grundmodell verstanden, wenn du bei jedem Pfeil sagen kannst, welcher Stoff übertragen wird, welcher Prozess ihn bewegt und zwischen welchen Speichern er fließt.