Energiefluss im Ökosystem
Erfahrt, wie die Nahrungspyramide den Energiefluss von den Produzenten zu den Konsumenten veranschaulicht und warum Biomasse und Energie abnehmen. Entdeckt, wie Sonnenenergie durch Fotosynthese in chemische Energie umgewandelt wird und warum nur etwa 10 % der Energie weitergegeben werden. Interessiert? Das und vieles mehr im folgenden Text!
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Grundlagen zum Thema Energiefluss im Ökosystem
Energiefluss im Ökosystem – Biologie
Du weißt bereits, dass Lebewesen und ihre Umwelt in einem Ökosystem eine Einheit bilden. Dabei gibt es bestimmte Nahrungsketten und Nahrungsnetze: Pflanzen stehen als Produzenten der Nahrung am Beginn einer jeden Nahrungskette. Pflanzenfresser gelten als
Energiefluss in der Nahrungskette
Den Energiefluss in einem Ökosystem kann man besonders gut mithilfe der sogenannten Nahrungspyramide darstellen. In der untersten Stufe der Pyramide sind die Produzenten des Ökosystems dargestellt, also Pflanzen und Pflanzenteile. In den darüberliegenden Stufen sind die Pflanzenfresser und die Fleischfresser als Konsumenten 1. bis 3 Ordnung abgebildet. Je nachdem wie lang eine Nahrungskette ist, kann die Pyramide unterschiedlich viele Stufen haben. In unserer Abbildung sind beispielhaft vier Stufen abgebildet.
Daran, dass die Pyramide nach oben hin spitz zuläuft, erkennst du bereits, dass die Anzahl der Arten und Individuen von den Produzenten bis hin zu den Konsumenten 3. Ordnung abnimmt. Insgesamt nimmt die Biomasse und somit auch die Energie innerhalb der Nahrungspyramide ab. Wieso das so ist, wollen wir nun genauer betrachten.
Betrachtung der Biomasse
Wir erinnern uns: Die Biomasse ist die gesamte Masse aller Lebewesen in einem Ökosystem. Sie ist als
So frisst zum Beispiel ein Mäusebussard, der lediglich eine Körpermasse von $\pu{1 kg}$ aufweist, jährlich 3.000 Feldmäuse, die insgesamt eine Masse von $\pu{90 kg}$ bilden. Der Großteil der Nahrung kann entweder nicht verwertet werden und wird ausgeschieden oder wird für Wachstums- und Stoffwechselprozesse eingesetzt.
Insgesamt nimmt also die Biomasse ab: In einem Ökosystem ist die Biomasse der Pflanzen deutlich größer als die der Pflanzenfresser, diese wiederum ist größer als die der Fleischfresser und so weiter.
Betrachtung der Energie
Nun betrachten wir den Energiefluss, der sich aus der Nahrungskette ergibt. Die Energie in einem Ökosystem wird hauptsächlich durch die Sonne zur Verfügung gestellt – mithilfe dieser können Pflanzen wachsen und sich vermehren und so energiereiche Biomasse in einem Ökosystem generieren. Man kann auch sagen, dass die Sonnenenergie durch Fotosynthese in chemische Energie umgewandelt wird. Unter chemischer Energie versteht man die energiereichen Bindungen in den organischen Molekülen, wie beispielsweise in der Glucose. Neben Nährstoffen wird eben diese chemische Energie mit der Nahrung weitergegeben: von Pflanzen an Pflanzenfresser und von diesen an Fleischfresser. Jedoch wird von Stufe zu Stufe der Nahrungspyramide nur etwa $\pu{10 \%}$ der Energie weitergegeben. Das sollte man allerdings nicht als Energieverlust im Ökosystem betrachten, sondern vielmehr als Energieumwandlung. So wird ein Großteil der chemischen Energie durch Stoffwechselprozesse als Wärme- und Bewegungsenergie bereitgestellt.
Da die umgewandelte Energie nicht wieder den Produzenten zugeführt werden kann, handelt es sich bei den beschriebenen Prozessen nicht um einen Energiekreislauf, sondern um einen Energiefluss.
Zusammenfassung zum Energiefluss im Ökosystem
Die wichtigsten Erkenntnisse zum Energiefluss im Ökosystem wollen wir noch einmal stichpunktartig zusammenfassen:
- Den Verlauf der Biomasse und den Energiefluss in einem Ökosystem kann man mithilfe einer Nahrungspyramide veranschaulichen.
- Innerhalb einer Nahrungspyramide nimmt die Biomasse stufenweise ab.
- Innerhalb der Nahrungspyramide nimmt die Energie, die an die nächste Stufe weitergegeben werden kann, ab.
Transkript Energiefluss im Ökosystem
Hallo! Mein Name ist Steffi. In diesem Film erkläre ich Dir den Energiefluss im Ökosystem. Auch der Begriff der Biomasse wird Dir erklärt. Wenn wir ein Ökosystem betrachten, dann gibt es neben den Nahrungsbeziehungen und Stoffkreisläufen auch einen Energiefluss. Um Dir diesen erklären zu können, schauen wir uns die verschiedenen Ernährungsstufen einer Nahrungskette an. Das funktioniert am besten in Form einer Pyramide. Daher spricht man, in diesem Zusammenhang, auch häufig von einer „Nahrungspyramide“ oder „Biomassepyramide“. Sie besteht aus einzelnen Nahrungsebenen, die gebildet werden durch Produzenten und Konsumenten. Aber aufgepasst: Um eine Nahrungspyramide aufzustellen, muss zunächst die Biomasse in jeder einzelnen Nahrungsebene ermittelt werden. Was ist nun die Biomasse? Unter der Biomasse versteht man jeweils die gesamte Masse der Lebewesen in einer Nahrungsebene. Sie wird in Maßeinheiten angegeben. Diese beziehen sich zum Beispiel auf eine Fläche. Dann lautet die Einheit: Kilogramm je Quadratmeter. So, nun kennst Du den Begriff der Biomasse. Dann zurück zu unserer Nahrungspyramide. Die größte Biomasse haben die Produzenten, also die Pflanzen. Die nächste Stufe ist die der Konsumenten erster Ordnung, also der Pflanzenfresser. Dazu zählen zum Beispiel Hasen, Eichhörnchen oder auch Mäuse. Hier siehst Du schon, an der Größe der Stufe, dass ihre Biomasse kleiner ist als die der Produzenten. Die nächste Stufe ist die der Konsumenten zweiter Ordnung, also der Fleischfresser. Hierzu zählen zum Beispiel die Ringelnatter oder der Marder. Auch ihre Biomasse ist wieder sehr viel kleiner. Die dritte Stufe bilden die Endkonsumenten, auch Fleischfresser. Hierzu zählt zum Beispiel der Uhu. Diese Stufe ist sehr viel kleiner als die anderen Stufen. Hier ist also die geringste Biomasse vorhanden. Du kannst also schon sehen, dass, je höher wir in der Nahrungspyramide kommen, die Biomasse und die Energie abnimmt. Aber warum nimmt die Biomasse innerhalb der Nahrungspyramide ab? Das erläutere ich Dir nun. Betrachten wir nochmals unsere Nahrungspyramide. Die Energie des Sonnenlichts wird von den Produzenten, unseren Pflanzen, in chemisch gebundene Energie umgewandelt. Von den 100% Energie gehen 90% verloren, in Form von Atmung und durch tote organische Substanz, zum Beispiel der Blattfall. Bedeutet, die Konsumenten erster Ordnung haben nur noch circa 10% der Energie zur Verfügung. Auch hier geht wieder ein Teil verloren, etwa 9%, durch Atmung und Ausscheidungen. Dem Konsumenten zweiter Ordnung stehen nur noch circa 1% zur Verfügung. Und auch hier gehen wieder 0,9% verloren, durch Atmung und Ausscheidungen. Beim Endverbraucher sind lediglich noch circa 0,1% vorhanden. Und auch hier haben wir wieder die gleichen Verluste. Daraus können wir erkennen, dass von Nahrungsebene zu Nahrungsebene die verfügbare Biomasse und damit die darin gebundene Energie abnimmt! Du siehst also: In einem Ökosystem gibt es keinen Energiekreislauf, sondern einen Energiefluss. Tschüss und bis bald!
Energiefluss im Ökosystem Übung
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Definiere den Begriff Biomasse.
TippsNicht nur die Masse der einzelnen Nahrungsebenen wird als Biomasse bezeichnet, sondern auch die Gesamtmasse eines Ökosystems.
Die Biomasse wird in Gramm ($g$) bzw. Kilogramm ($kg$) Frisch- oder Trockengewicht pro $m^2$ (Oberfläche) oder $m^3$ (Volumen) angegeben.
LösungDie Biomasse ist die Gesamtmasse aller Lebewesen in einem Ökosystem. Die Biomasse kann auch für jede einzelne Nahrungsebene ermittelt und angegeben werden.
Die Einheit der Biomasse bezieht sich auf das Gewicht in Abhängigkeit zur Fläche bzw. zum Volumen. Daraus ergeben sich folgende Möglichkeiten:
$\frac{g}{m^2}$ bzw. $\frac{kg}{m^2}$ für eine Fläche oder $\frac{g}{m^3}$ bzw. $\frac{kg}{m^3}$ für ein Volumen. -
Beschrifte die dargestellte Biomassepyramide.
TippsProduzenten sind Pflanzen. Sie nutzen die Lichtenergie und wandeln sie über den Prozess der Fotosynthese in chemische Energie um.
Die Pflanzenfresser werden auch Primärkonsumenten genannt.
LösungEine Nahrungs- oder Biomassepyramide hat in nahezu jedem Ökosystem einen ähnlichen Aufbau. Die Grundlage bilden die Produzenten, welche mit Abstand die höchste Biomasse aufweisen. Darüber stehen die Pflanzenfresser. Ihre Biomasse ist geringer. Noch geringer sind die Biomassen der Fleischfresser, also der Konsumenten zweiter Ordnung bis hin zu den Endkonsumenten.
Es zeigt sich also, dass die Biomasse von einem Glied der Nahrungskette zum nächsten abnimmt, da ein großer Teil der aufgenommenen Nahrung durch Atmung u. ä. verbraucht wird. -
Erkläre, was unter Energie zu verstehen ist und gib Beispiele für Energieumwandlungen in Lebewesen.
TippsWird eine Energieform in eine andere umgewandelt, entsteht dabei zum erheblichen Teil Wärme. Da dieser Teil der Energie nicht in andere Energieformen umgewandelt werden kann, ist sie für das Lebewesen „verloren“.
LösungEnergie beschreibt die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Energie kann nicht erzeugt und auch nicht vernichtet werden, sondern nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden. Dies geschieht beispielsweise bei der Fotosynthese, wo Strahlungsenergie in chemischer Energie gebunden wird. Allerdings wird ein großer Teil der Energie bei der Umwandlung auch in Wärme umgewandelt. Diese ist für den Organismus „verloren“, da sie nicht wieder in andere Energieformen umgewandelt werden kann. Aufgrund dessen gibt es keinen Energiekreislauf, sondern einen Energiefluss. Dieser lässt sich in einer Energiepyramide darstellen. Hier zeigt sich auch, dass Energie nicht nur durch Wärme „verloren“ geht, sondern auch durch Atmung oder Ausscheidungen.
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Begründe, warum es im Ökosystem keinen Energiekreislauf, sondern einen Energiefluss gibt.
TippsEin Großteil der Energie einer Nahrungsebene geht durch Atmungsprozesse oder Umwandlung in Wärme „verloren“.
Der Energiefluss eines Ökosystems verkleinert sich von Nahrungsebene zu Nahrungsebene um den Faktor 10.
LösungDie Sonnenenergie ist für den Energiefluss zwingend erforderlich. Das liegt daran, dass in jeder Nahrungsebene Energie in andere Energie umgewandelt wird, welche dem Energiesystem nicht mehr zur Verfügung steht. Betrachtet man den Energiefluss eines Ökosystems, so ist festzustellen, dass sich dieser von Nahrungsebene zu Nahrungsebene um den Faktor 10 verkleinert. Das bedeutet, dass immer 90 % der Energie beim Übergang in die nächsthöhere Ebene „verloren“ geht: das meiste in Wärme und durch Atmung (orange Pfeile) oder durch Ausscheidungen als totes Material (graue Pfeile).
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Stelle dar, dass im Energiefluss eines Ökosystems Energie „verloren“ geht.
TippsNur die Produzenten sind in der Lage, die Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln und sie so für die Konsumenten und Destruenten nutzbar zu machen.
Den Produzenten steht also 100 % der Energie zur Verfügung.Die Form der Pyramide weist schon darauf hin: Je weiter man nach oben steigt, desto geringer wird der Anteil an der Biomasse bzw. der Energie. Warum?
In Form von Ausscheidungen und totem organischen Material wie Laub (graue Pfeile), aber vor allem durch Umwandlung in Wärme (orangefarbene Pfeile), geht Biomasse (und Energie) verloren.LösungHier siehst du die Biomasse-, Energie- bzw. Nahrungspyramide des Ökosystems Wald. Du kannst gut erkennen, dass von einer Nahrungsebene zur nächsten Biomasse und Energie verloren gehen – letztere durch Atmungsprozesse oder als tote organische Substanz (Laub, Ausscheidungen).
Bei den Produzenten wird 100 % der Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt und dadurch für die anderen Nahrungsebenen nutzbar gemacht. Allerdings stehen der nächsten Stufe (Primärkonsumenten) von den 100 % nur etwa 10 % zur Verfügung, da 90 % aufgrund von Atmung und in Form von Ausscheidungen verloren gehen.
Du kannst dir merken, dass die nächsthöhere Nahrungsebene nur etwa 10 % der Energie für sich nutzen kann und in jeder Nahrungsebene 90 % verloren gehen.
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Begründe, weshalb sich Schadstoffe von einer Nahrungsebene zur nächsten anreichern.
TippsHier siehst du zur Erinnerung noch einmal die Biomassepyramide des Ökosystems Wald. Du kannst gut erkennen, dass die Biomasse von Nahrungsebene zu Nahrungsebene abnimmt.
LösungSchadstoffe reichern sich von einer Nahrungsebene zur nächsten an, sie sind also immer konzentrierter. Das liegt daran, dass sie im Verhältnis zur Biomasse immer weiter zunehmen.
Das möchte ich dir an einem Zahlenbeispiel verdeutlichen:
Die Biomasse der Produzenten (100 %) ist zu 1 % mit Schadstoffen belastet. Von den 100 % der Biomasse gelangen lediglich 10 % in die nächste Nahrungsebene, die der Primärkonsumenten. Wo das Verhältnis bei den Produzenten noch 1:100 war (Schadstoffe : Biomasse), beträgt sie bei den Primärkonsumenten schon 1:10. Beim Übergang zur nächsten Nahrungsebene haben sich die Schadstoffe im Verhältnis 1:1 angereichert.
Dieses Zahlenbeispiel zeigt in erschreckendem Maße, wie sehr sich Schadstoffe innerhalb der Nahrungskette auswirken. Das Problem bei Schadstoffen ist, dass sie sich in Geweben einlagern und nicht oder nur sehr langsam abgebaut werden. Wird das Lebewesen vor dem Abbau gefressen, reichern sich die Schadstoffe beim Räuber weiter an und so weiter.
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Hallo Tobias,
da hast du völlig recht und warst überhaupt nicht bräsig! ;) Vielen Dank für den Hinweis! Der Fehler wurde umgehend korrigiert.
Beste Grüße aus der Redaktion
Hallöchen,
hier im Skript steht das 90% der Energie von Trophiestufe zu Trophiesstufe weitergegeben wird. Also ich verstehe den Skript so, dass die Produzenten und die Konsumenten 1. Ordnung 90% ihrer Energie weitergeben und die Konsumenten 1. Ordnung anschließend 90% ihrer Energie an die Konsumenten 2. Ordnung weitergeben.
-Also so verstehe ich dieses Skript unter dem Video.
Aber es ist doch so, dass 90% der Energie durch Stoffwechselvorgänge, Fortpflanzung, Wärme, etc. verloren geht und nur 10% für den Wachstum über bleibt. Also das die nächste Trophiestufe nur 10% der Energie der Vorstufe zur Verfügung hat.
Oder nicht?
Vielleicht bin ich auch nur bräsig und verstehe es falsch 🙈
Liebe Grüße :)
In diesem Film lernst du den Energiefluss im Ökosystem kennen. Du wirst lernen, dass die verschiedenen Lebewesen in unterschiedliche Nahrungsstufen eingeteilt werden. Diese werden dir anhand einer Nahrungspyramide ausführlich vorgestellt. Dabei wird dir auch der Begriff der Biomasse erklärt. Du wirst erkennen, dass der Energiefluss im Ökosystem eng mit der Biomasse einer Nahrungsstufe zusammenhängt. Viel Spaß beim Video!
Dankeschön Steffi. es war sehr verständlich.
Ich bin auch großer Steffi Fan. Weiter so !!!!