Ökologie und Nachhaltigkeit
Der Bereich Ökologie und Nachhaltigkeit prüft das Verständnis von Populationen, Energie- und Stoffflüssen, Biodiversität und menschlichen Eingriffen. Erwartet wird, dass du Diagramme (Wachstumskurven, Räuber-Beute-Zyklen, Treibhausgas- und Temperaturreihen) auswertest und Maßnahmen mit ökologischen Kriterien beurteilst.
Populationen und Wechselwirkungen
- Exponentielles Wachstum: N(t) = N₀ · e^{rt}; logistisches Wachstum mit Umweltkapazität K, bei dem die Zuwachsrate bei N = K/2 maximal ist.
- r-Strategen: viele Nachkommen, geringe Brutpflege; K-Strategen: wenige Nachkommen, hohe Brutpflege.
- Räuber-Beute-Systeme zeigen phasenverschobene Zyklen mit negativer Rückkopplung; Konkurrenz um Nischen kann zum Ausschluss oder zur Ressourcenteilung führen.
Energiefluss und Stoffkreisläufe
- Energie fließt gerichtet und wird als Wärme abgegeben; Materie wird im Ökosystem recycelt (C, N, P).
- Faustregel: Nur etwa 10 % der Energie gelangen in die nächste Trophieebene; Verluste entstehen durch Atmung, nicht gefressene Biomasse und Ausscheidung. Deshalb kurze Nahrungsketten und geringe Biomasse der Endkonsumenten.
- Eutrophierung: Stickstoff- und Phosphoreintrag erhöhen die Primärproduktion, nachfolgender Sauerstoffverbrauch beim Abbau führt zu Fischsterben.
Biodiversität und Nachhaltigkeit
- Drei Ebenen: genetische Vielfalt, Artenvielfalt, Ökosystemvielfalt; Ökosystemdienstleistungen wie Bestäubung, Wasserretention, Kohlenstoffspeicherung.
- Treibhauseffekt: kurzwellige Einstrahlung, langwellige Abstrahlung, Absorption durch CO₂, CH₄, N₂O; Verstärkung durch fossile Emissionen.
- Ozonloch (FCKW, Stratosphäre) und Klimawandel sind getrennte Probleme; Bioakkumulation betrifft fettlösliche Stoffe wie DDT; Neobiota können heimische Arten verdrängen.
Durchgerechnetes Beispiel
Aufgabe: Die Nettoprimärproduktion eines Sees beträgt 2,0 · 10⁶ kJ pro m² und Jahr. Berechne den Energiefluss zur dritten Trophieebene bei 10 % Effizienz. Lösung: Primärkonsumenten erhalten 2,0 · 10⁵ kJ, Sekundärkonsumenten 2,0 · 10⁴ kJ, Tertiärkonsumenten 2,0 · 10³ kJ pro m² und Jahr. Die Begründung muss die Verluste benennen: Atmung, Wärmeabgabe, nicht assimilierte Nahrung und Ausscheidung. Daraus folgt, dass Spitzenprädatoren große Reviere brauchen und nur kleine Populationen tragen können – ein typischer ökologischer Schluss.
Typische Fehlerquellen
- Die 10-%-Regel als Naturgesetz behandeln statt als Näherung.
- Behaupten, Energie werde recycelt – recycelt werden Nährstoffe.
- Ozonloch und Treibhauseffekt vermischen.
- Aus Korrelationen von CO₂ und Temperatur direkt Kausalität ableiten.
- Bei Nachhaltigkeitsaufgaben nur ein Kriterium (meist Ökologie) diskutieren und Ökonomie sowie Soziales auslassen.