Willkommen in Manus Zeitforum
InformationenAnmelden Registrieren

Erweiterte Suche

Treibhauseffekt

Thema erstellt von Real 
avatar
Beiträge: 1.052, Mitglied seit 18 Jahren
Wie Pflanzen und Tiere die Atmosphäre verändern

Von Georg Breuer

Unsere Atmosphäre ist zu einem beträchtlichen Teil ein Produkt der Aktivitäten von Lebewesen. Entwicklungen in der Pflanzen- und Tierwelt haben Veränderungen in ihrer Zusammensetzung verursacht. Die dadurch ausgelösten Klimaschwankungen hatten ihrerseits wieder Rückwirkungen auf die Lebewesen.

Im Prinzip ist das schon seit langem bekannt. Doch nun hat der amerikanische Forscher Greg Retallack von der University of Oregon, der sich mit dem Studium fossiler Böden beschäftigt, neue Ideen entwickelt, wonach diese Wechselwirkungen in den letzten 500 Millionen Jahren, also seit der Entstehung vielzelliger Lebewesen, viel enger waren, als man bisher angenommen hatte.

Die Lebewesen unserer Erde bestehen aus zwei großen Gruppen. Die grünen Pflanzen sind so genannte Autotrophen. Sie können Kohlehydrate durch Photosynthese, das heißt unter Verwertung der Energie des Sonnenlichts, mit Hilfe des Katalysators Chlorophyl aus CO2 und Wasser herstellen. Dabei wird Sauerstoff freigesetzt. Die Kohlehydrate sind gleichsam ein gespeicherter "Brennstoff". Sie werden bei Bedarf zur Erzeugung von Energie von den Pflanzen selbst, aber auch von "heterotrophen" Lebewesen, die die von den grünen Pflanzen produzierten Kohlehydrate verwerten - Mikroorganismen, Pilzen, Tieren -, wieder abgebaut. Dabei wird unter heutigen Bedingungen Sauerstoff verbraucht und CO2 freigesetzt. Zwischen den Aktivitäten von Autotrophen und Heterotrophen besteht kein volles Gleichgewicht. Sauerstoff kann sich in der Atmosphäre nur dann anreichern, wenn eine entsprechende Menge von Kohlenstoff in der lebenden und der in Böden und im Meeresgrund abgelagerten abgestorbenen Biomasse gespeichert bleibt.

Das Blaualgenzeitalter

Die Photosynthese ist vor etwa vier Milliarden Jahren von den Blaualgen "erfunden" worden. Das waren noch keine echten Pflanzen, sondern den Bakterien ähnliche Mikroorganismen, die noch keinen Zellkern hatten. Der bei der Photosynthese freigesetzte Sauerstoff ist damals von im Meerwasser gelösten Eisen-verbindungen gebunden worden und nicht in die Atmosphäre gelangt. Da es kaum freien Sauerstoff gegeben hat, war eine Oxidation ("Verbrennung") von Kohlehydraten wie heute und eine direkte Rückverwandlung in CO2 nicht möglich. Sie wurden vielmehr durch Gärung und andere Reaktionen in mehreren Schritten langsam abgebaut. Es ist also ständig CO2 verbraucht und nicht erneuert worden. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre hat abgenommen und das hat Abkühlung gebracht, oder, genauer gesagt, der Erwärmung durch die im Lauf der Zeit immer stärker werdende Sonneneinstrahlung entgegen gewirkt. Das hat dazu beigetragen, dass es auf der Erde nie so heiß geworden ist wie auf der Venus und dass flüssiges Wasser immer bestehen konnte.

Vor etwa 2,3 Milliarden Jahren haben sich die Blaualgen auch auf dem Land verbreitet. Der von ihnen freigesetzte Sauerstoff ist nun in die Atmosphäre gelangt und hat sich nach und nach vermehrt. Der CO2-Verbrauch hat weiter zugenommen und das hat zu einer starken Abkühlung geführt. Spuren einer bis in tropische Regionen reichenden Vereisung vor etwa 2,2 Milliarden Jahren sind von D. A. Evans und Mitarbeitern vom California Institute of Technology im südlichen Afrika gefunden worden ("Nature" Bd. 386, S. 262, 1997).

Durch die Vereisung ist das Verbreitungsgebiet der Blaualgen und damit auch der CO2-Verbrauch stark verkleinert worden. Der Druck der Eismassen auf die Erdoberfläche hat vermutlich zu vermehrten Vulkanausbrüchen geführt, bei denen CO2 in die Atmosphäre gelangt ist.

Die Sonneneinstrahlung hat weiter zugenommen, und das und vermutlich auch noch weitere Faktoren haben schließlich ein Ende der Eiszeit gebracht.

Vor 1,5 Milliarden Jahren hat der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre ein Niveau von 1 Prozent erreicht (heute 21 Prozent des Volumens). Damit wurde die direkte Oxidation von Kohlehydraten mit Hilfe von Atmung möglich, bei der aus der gleichen Menge von "Brennstoff" viel mehr Energie als bei der Gärung gewonnen wird. Das ermöglichte die Entstehung neuer größerer Mikroorganismen mit einem Zellkern-Protozoen, die sich von Blaualgen ernährten. Eine Art dieser neu entstandenen Protozoen hat die Blaualgen jedoch nicht gefressen, sondern in Symbiose in ihre Zellen aufgenommen. So sind die Grünalgen entstanden, bei denen Sauerstoffabgabe und CO2-Verbrauch weit größer sind als bei den Blaualgen. Die Folge war eine neuerliche starke CO2-Verminderung in der Atmosphäre und der Beginn einer neuen längeren Periode von Vereisungen bis in tropische Regionen vor etwa einer Milliarde Jahren, die dann wiederum durch die gleichen Vorgänge, wie oben beschrieben, beendet worden ist.

Beträchtliche Mengen von nicht oder nur teilweise abgebauter Biomasse haben sich damals unter dem Eis, in den Böden und im Meeresgrund angesammelt, eine entsprechende Menge von Sauerstoff in der Atmosphäre. Die zunehmende Sauerstoffkonzentration ermöglichte noch effizientere Oxidation von Kohlehydraten - und das war die Voraussetzung für die Entstehung von vielzelligen Lebewesen vor etwa 600 Millionen Jahren.

Die ersten Vielzeller sind im Meer entstanden. Die Studien von Retallack zeigen jedoch, dass es bereits in 550 Millionen Jahren alten fossilen Böden eine Unzahl von Gängen und kleinen Höhlen gibt, die von im Boden lebenden Tausendfüßlern und wohl auch von Würmern stammen ("New Scientist", 16. Juni 2001, S. 30). Diese Bodentiere und auch neue atmende Mikroben haben sich von der im Boden abgelagerten abgestorbenen Biomasse ernährt und dabei entsprechende Mengen von CO2 freigesetzt. Das war der Grund - oder jedenfalls einer der Gründe -, warum sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre damals stark vermehrt hat und vor 500 Millionen Jahren rund 20-mal so groß war wie heute, was ein entsprechend warmes Klima verursacht hat.

Ständiges Wechselspiel

Die Zeit seither ist laut Retallack ein ständiges Wechselspiel zwischen der Verbreitung neuer Arten von autotrophen Lebewesen, also Landpflanzen, die der Atmosphäre große Mengen von CO2 entnehmen, und der naturgemäß erst nach und nach folgenden Entwicklung von neuen heterotrophen Arten, die sich von diesen Pflanzen oder ihren abgestorbenen Überresten ernähren und dabei CO2 an die Atmosphäre abgeben.

Die ersten kleinen Landpflanzen sind rund 450 Millionen Jahre alt. Große Pflanzen, die wie riesige "Spargelbäume" aussahen, gibt es seit 400 Millionen Jahren. Da der CO2-Gehalt der Atmosphäre so groß war, sind sie mit wenigen relativ kleinen Blättern ausgekommen. Doch diese Riesenpflanzen haben der Atmosphäre viel mehr CO2 entnommen, als durch die Aktivitäten der nach und nach entstehenden neuen Heterotrophen zurückgeführt wurde. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre hat rasch abgekommen. Als es vor 350 Millionen Jahren nur mehr rund doppelt so groß war wie heute, haben sich Pflanzen mit großen Blättern entwickelt, die mehr CO2 aufnehmen konnten.

Bald darauf sind auch Bäume und Büsche entstanden, die in ihrem Holz große Mengen von Kohlenstoff gespeichert haben. Ein Teil davon ist durch Waldbrände wieder in CO2 rückverwandelt worden, aber Heterotrophe, die diese völlig neuartige Substanz als Nahrung verwerten konnten, mussten sich erst entwickeln. So hat der CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter abgenommen und war vor 300 Millionen Jahren niedriger als heute. Es hat wiederum eine große Eiszeit gegeben.

Diesmal haben aber laut Retallack nicht nur die früher angeführten Faktoren zur schließlichen Wiedererwärmung beigetragen, sondern auch neu entstandene Arten von Tieren und wohl auch Mikroorganismen, die Holz abbauen konnten und dabei CO2 produzierten. Dazu gehören vor allem die Termiten, von denen man in etwa 275 Millionen Jahren alten fossilen Böden viele Nester findet, sowie auch große pflanzenfressende Saurier, die das im Holz enthaltene Lignin verwerten konnten.

Daneben sind auch viele neue Arten von Mikroorganismen, Kleintieren und Pilzen entstanden, die sich von Holz ernährt haben. In heutigen Wäldern in mittleren Breiten gibt es keine Termiten und auch keine großen Holz fressenden Tiere, aber abgefallene Äste, vom Wind umgeworfene Bäume und Baumstrünke vermodern trotzdem rasch - sie werden von diesen kleinen Heterotrophen abgebaut. Die Entstehung dieser Holz verwertenden Arten hat dazu beigetragen, dass der CO2-Gehalt der Atmosphäre wieder angestiegen ist und vor 200 Millionen Jahren mehr als fünfmal so groß war wie heute.

An der neuen CO2-Verminderung in den letzten 50 Millionen Jahren hat dann nach Retallacks Darstellung die Entwicklung von Gräsern einen wichtigen Anteil gehabt.

Oberirdisch enthalten Graslandschaften, auch üppige Savannen, pro Flächeneinheit viel weniger Biomasse als Urwälder, doch ihre Wurzelsysteme sind sehr groß und dicht, und in den Böden unter Graslandschaften ist weit mehr Kohlenstoff gespeichert als in Waldböden. Retallack vermutet, dass dies auch beim Wechsel von Eiszeiten und Zwischeneiszeiten eine wichtige Rolle gespielt hat. Vereisung in höheren Breiten bringt weltweite Abkühlung und auch eine Verminderung der Niederschlagsmengen. Die Vegetation kann auch in den nicht vereisten Regionen nicht mehr so gut gedeihen wie früher, der Atmosphäre wird weniger CO2 entnommen, aber der Abbau der im Boden gespeicherten Biomasse dauert an, selbst in von Eis bedeckten Böden, und trägt dazu bei, dass sich der CO2-Gehalt der Atmosphäre wieder vermehrt.

Insbesondere die Tatsache, dass es am Ende von Eiszeiten zu einer relativ raschen Erwärmung kommt, könnte durch Vorgänge in der Biosphäre mit verursacht sein, doch die Details sind noch nicht geklärt.

...

http://www.wienerzeitung.at/Desktopdefault.aspx?tab...

Wir sind dumm wie die Dinosaurier, zuviel Panzer, zuwenig Hirn. Es ist abzusehen, was kommt ...

Signatur:
All sind alle
Beitrag zuletzt bearbeitet von Real am 09.06.2009 um 11:38 Uhr.
[Gäste dürfen nur lesen]
Beiträge: 87, Mitglied seit 15 Jahren
Real schrieb in Beitrag Nr. 1420-1:
Die Photosynthese ist vor etwa vier Milliarden Jahren von den Blaualgen "erfunden" worden. Das waren noch keine echten Pflanzen, sondern den Bakterien ähnliche Mikroorganismen, die noch keinen Zellkern hatten. Der bei der Photosynthese freigesetzte Sauerstoff ist damals von im Meerwasser gelösten Eisenbahnverbindungen gebunden worden und nicht in die Atmosphäre gelangt.
Bist du sicher, daß es zu der Zeit schon Eisenbahnen gab?
[Gäste dürfen nur lesen]
avatar
Beiträge: 1.052, Mitglied seit 18 Jahren
Danke für den Hinweis, ich hatte es auch gesehen, dann aber vergessen zu verbessern.
Signatur:
All sind alle
[Gäste dürfen nur lesen]
Beiträge: 2.998, Mitglied seit 15 Jahren
Ein Widerspruch in sich:

Da will die Regierung auf der einen Seite den CO2 Ausstoß reduzieren, auf der anderen erwartet sie aber, daß die Arbeiter immer weitere Wege zur Arbeit in Kauf nehmen müssen.

Teilzeitkräfte, die z.B halbtags arbeiten, produzieren mehr als doppelt so viel CO2 wie Vollzeitkräfte.
Der Arbeiter, der morgens kommt, muß hin und zurückfahren, der Arbeiter, der Nachmittags Dienst hat, ebenfalls.

Doppelte Fahrzeuge bedeutet aber nicht gleichzeitig doppelter CO2 Ausstoß. Die Steigerung dürfte überproportional sein. Die Stauwahrscheinlich steigt und somit auch der CO2 Ausstoß

Signatur:
Wer jung ist, meint, er müsste die Welt retten :smiley8:
Der Erfahrene erkennt, dass er nicht alle Probleme lösen kann
:smiley3:
Beitrag zuletzt bearbeitet von Hans-m am 10.06.2009 um 12:45 Uhr.
[Gäste dürfen nur lesen]
Beiträge: 1.503, Mitglied seit 17 Jahren
HAllo Real,

mehr zur Korrektheit:
Zitat:
Die Photosynthese ist vor etwa vier Milliarden Jahren von den Blaualgen "erfunden" worden. Das waren noch keine echten Pflanzen, sondern den Bakterien ähnliche Mikroorganismen, die noch keinen Zellkern hatten.
Es war nicht bakterienähnliche Mikroorganismen. Es war Bakterien (Bakterien Domäne), Einzeller, die noch Cyanobakterien genánnt werden.
Zitat:
Vor etwa 2,3 Milliarden Jahren haben sich die Blaualgen auch auf dem Land verbreitet. Der von ihnen freigesetzte Sauerstoff ist nun in die Atmosphäre gelangt und hat sich nach und nach vermehrt.
Sie haben sich nicht auf LAnd verbreitet. Sie brauchen Wasser als Medium. Die Bildung der Sauerstoff-Atmosphäre war verzögert durch die Sättigung der Ozeane und der Oxidationsprozesse (Bildung der Eisenlagerstätten). Wenn es allmählich gesättigt wurde, könnte es in weiterem Sauerstoff freigesetzt werden, eine Atmosphäre und ein Ozonenschicht, das von UV-Strahlung schutzte und das Leben auf Land ermöglichte, bilden.

In deinem Beitrag wird sehr deutlich das selbstorganisatorisches Prinzip des Lebens. Es verändert selbst die Umwelt, die in Folgendem selektiv/gestalterisch auf das Leben zurückgreift. Allerdings tiefe Klimaveränderungen (z.B. von Vereisungen) der Erde nur auf die Wechselwirkungen Leben - Erde zurückführen, finde ich für unzureichend. Die Erde ist natürlichen Zyklen durch die Funktion des Sonnensystem unterworfen. Diese Zyklen werden mit der durch Leben verursachten Zyklen überlagert. Damit Wirkung verstärkt oder vermindert.

Z.B. Sonne wechselt ihre Aktivität und ist wichtiger klimabestimmender Faktor. Diese Aktivitäten ist ein Forschungsgebiet. Rein intuitiv nehme ich an, dass es steht mit der wandelnden Gravitationsfeld der Sonnensystems, aber auch den nächsten kosmischen Umfeld. Somit ist ganze Sonnensystem, sogar der Universum in Evolution des Lebens involviert.

MAn sollt auch denken an die große Asteroide (deren Einschläge mit der veränderten Gravitationsfeld zusammenhängen), die mit immer wiederholbaren MAssenaussterben zusammenhängen. Die MAssenausterben, in den bis 99% der Arten dezimiert werden, die bringen aber gerade zu folgender Artenexplosion, in deren Folge werden grundlegend neue Lebenskonzepte entwickelt, qualitativ neue Arten entstehen. Es wäre, als die kosmische Umfeld dem Leben auf Popo geschlagen hatt, wenn es sein Tempo verlangsamt hatte.

Gruß,
Irena
[Gäste dürfen nur lesen]
avatar
Beiträge: 1.052, Mitglied seit 18 Jahren
Hab ich ja auch jetzt erst verstanden, wie groß der Anteil des CO2 ist.

Die Erde besitzt eine etwa 640 km hohe Atmosphäre. Deren Masse beträgt 5,13 x 1018 kg und macht somit knapp ein Millionstel der Erdmasse aus. Der mittlere Luftdruck auf dem Niveau des Meeresspiegels beträgt 1.013 hPa. In den bodennahen Schichten besteht die Lufthülle im Wesentlichen aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und zu 1 % aus Edelgasen, überwiegend Argon. Dazu kommt ein wechselnder Anteil an Wasserdampf von 0 bis 5 %, der das Wettergeschehen bestimmt. Der für den Treibhauseffekt wichtige Anteil an Kohlendioxid steigt zur Zeit durch menschlichen Einfluss und liegt jetzt bei etwa 0,038 % (Stand 2005).
http://de.wikipedia.org/wiki/Erde_(Planet)

Bei so geringer Beimischung ist es ja kein Wunder, das weitere Emissionen zu Schaden führt.
Signatur:
All sind alle
[Gäste dürfen nur lesen]
In diesem Forum dürfen nur Mitglieder schreiben. Hier kannst du dich anmelden
Zum Seitenanfang Nach oben