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Name: Jenny Brotzmann, 2013-06

 

Allgemeines zu Stoffkreisläufen:

Während beim Energiekreislauf die Sonne als Energiequelle dient, sind die für den Aufbau organischer Stoffe benötigten chemischen Elemente im Stoffkreislauf nur begrenzt vorhanden. Sie werden allerdings wieder verwertet und bilden so einen geschlossenen Kreislauf. Die Stoffe werden durch biologische, geologische und chemische Prozesse, des Weiteren durch biotische und abiotische Faktoren auf-, um- und abgebaut. Die Lebewesen sind dabei durch die Nahrungsaufnahme und den Stoffwechsel beteiligt, was zum Austausch chemischer Bestandteile mit der Umwelt führt. Darunter zählt die Nährstoffaufnahme, die Atmung und die Ausscheidung. Nahrungsgrundlage sind die Produzenten, sie wandeln anorganische in organische Verbindungen um. Diese wird von den Konsumenten und den Destruenten aufgenommen, um Energie und lebensnotwendige Stoffe für den Stoffwechsel zu gewinnen. Die Destruenten zersetzen organische Substanzen in Mineralsalze, Wasser und Kohlenstoffdioxid (anorganische Substanzen), welche wiederrum für die Pflanze zur Verfügung stehen.

Stoffkreisläufe liegen in der Natur für die wichtigsten Verbindungen wie Wasser, Stickstoff und Kohlenstoffverbindungen vor. Diese Kreisläufe werden durch Bakterien und Destruenten geschlossen, so das jedes Element immer wieder verwendet wird.

 

Der Stickstoffkreislauf

Der größte Teil des Stickstoffs liegt in molekularer Form gasförmig in der Atmosphäre (Luft 78%) vor. Aber dieser kann von Pflanzen nicht genutzt werden und nur sehr wenige Bakterien können Stickstoff unter Verbrauch von Stoffwechselenergie zu Ammoniak reduzieren und ihn somit nutzen.

Ist aber erst einmal Ammoniak durch solche Bodenbakterien entstanden, kann es sich gut in Wasser auflösen und Ammonium-Ionen bilden.

AMmoniak ist aber nicht die einzige Stickstoffverbindung im Boden! Bei Anwesenheit von Sauerstoff oxidieren nitrifizierende (aerobe) Bakterien den Stickstoff zu Ammonium-Ionen, dann zu Nitrit und schließlich zu Nitrat-Ionen. Diesen Vorgang bezeichnet man als NITRIFIKATION:

1) NH4++ 1,5O2 --> NO2-+H2O+2H+

2)NO2- + 0,5 O2 --> NO3-

Somit gibt es im Boden drei verschiedene Stickstoffformen: Ammonium, Nitrat und Nitrit.

 

Nutzung des Stickstoffs durch Lebewesen

Lebewesen benötigen Stickstoff vor allem zum Aufbau von Aminosäuren um damit Proteine herzustellen.

Pflanzen können Ammoniumionen sowie auch Nitrat-Ionen als Nährsalze über die Wurzel aufnehmen und zu organischen Verbindungen synthetisieren (in Aminosäuren und Proteine) (aus Niederschlägen oder durch Feinstaubablagerungen).

Heterotrophe Lebewesen müssen organische Verbindungen (über die Nahrung) aufnehmen.

Ammonifikation: Destruenten bauen die organischen Stickstoffverbindungen oder abgestorbene Lebewesen bis zum Ammoniak ab (benötigen dabei Wasser).

Bei anaeroben Bedingungen -> Denitrifikation: Die Bakterien nutzen den Nitrat- oder Nitritsauerstoff für den eigenen Stoffwechsel ( ->N2 oder N2O) 1) 2NO3- -> N2+3O2-> gelangt in die Atmosphäre.

 

Negativer Aspekt der Düngung:

Durch Düngung gelangt Stickstoff, meistens als Ammoniumsalz in den Boden. Davon versprechen sich Landwirte keinen Aminosäuremangel bei Pflanzen und somit optimales Wachstum.
Das Pflanzenwachstum wird zwar gefördert, allerdings wird bei Überdüngung dadurch das Grundwasser stark mit Nitrat-Ionen belastet, welche in unserem Körper zu giftigen Nitrit-Ionen reduziert werden.

 

Wasserkreislauf

Durch Verdunstung von Seen/Flüsse gelangt Wasser gasförmig in die Luft, wodurch eine Wolke entsteht. Bei Niederschlag gelangt dieses dann wieder in die Seen/Flüsse. Wasser wird von Tieren oder dem Menschen aus den Seen/Flüssen entzogen. Durch die Atmung der Lebewesen gelangt es über die Atemgase in die Atmosphäre und fällt als Niederschlag auf die Erde zurück.

Regenwasser - Wolken

 

Kohelnstoffkreislauf

(Kohlenstoff= Grundbaustein organischer Verbindungen). Als Kohlenstoffquelle dient die Atmosphäre, der Boden und der Ozean. Kohlenstoff ist gekoppelt an den Energiefluss (Assimilation & Dissimilation)

Bei der Assimilation nehmen die Produzenten COaus der Atmosphäre auf und bauen mithilfe von Wasser und Sonnenenergie organische Verbindungen auf (Kohlenhydrate). Die organische Substanz dient dann als Kohlenstoff und somit als Energiequelle. Bei der Fotosynthese wird außerdem Sauerstoff freigesetzt, der für die Zellatmung notwendig ist. Unter Verbrauch der Konsumenten von Sauerstoff wird CO2 freigesetzt und wird nun wieder zur Assimilation genutzt.Die Assimilation entspricht der Dissimilation, das heißt, dass die CO2-Bilanz ausgeglichen ist. Durch Verbrennung fossiler Brennstoffe wird allerdings vermehrt CO2 freigesetzt, was den Treibhauseffekt verstärkt.

 

Lebensraum Wasser

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