Projekte

Was ist die Biosphäre?

Die Biosphäre – die Sphäre des Lebens – wurde 1875 von Eduard Suess benannt, aber erst in den 1920er Jahren von Wladimir Wernadskij vollständig als Konzept beschrieben. Die Biosphäre besteht aus Biomen oder biophysikalischen Zonen, die mit vielen Ökosystemen gefüllt sind. Jedes Ökosystem besteht aus einer Vielzahl von Arten, die an die vorherrschenden Bedingungen angepasst sind, vom Meeresboden über die Landoberfläche bis hin zu den höchsten Bergen. Es umfasst Lebensformen, die von mikroskopisch kleinen Bakterien bis hin zu riesigen Blauwalen reichen. Obwohl die Biosphäre seit Milliarden von Jahren besteht, wurde sie in der geologischen Vergangenheit von fünf Massenaussterben heimgesucht und ist nun durch menschliche Aktivitäten in ihrer Artenvielfalt existenziell bedroht.

Wie funktioniert die Biosphäre?

Im Laufe der Evolution des Lebens auf der Erde, von primitiven Organismen bis zu den heutigen, haben alle Lebensformen Wege gefunden, um Energie zu gewinnen, Nährstoffe für den Aufbau organischer Moleküle zu erhalten und sich zu vermehren. Die Energie der Sonne wird von photosynthetisierenden Organismen, den so genannten Autotrophen oder Produzenten, eingefangen, die die Sonnenenergie nutzen können, um anorganische Moleküle in organische Moleküle umzuwandeln – die Bausteine des Lebens. Diese organischen Moleküle speichern Energie und werden von anderen, nicht photosynthetischen Organismen, den Heterotrophen oder Konsumenten, verbraucht. Dieser scheinbar einfache Prozess – Gras wird beispielsweise von Rehen gefressen – hat Milliarden von Jahren gebraucht, um sich zu entwickeln. Durch den Prozess der Evolution diversifizieren sich die Arten, um die verfügbaren Existenzmöglichkeiten auszufüllen, wodurch eine sich ständig verändernde Reihe von Pflanzen und Tieren entsteht, die in den Biomen der Erde von der Tundra bis zu den Regenwäldern zu finden sind.

Vielfalt des Lebens

Korallenriff in Papua-Neuguinea. Korallenriffe werden manchmal als der Regenwald des Ozeans bezeichnet, weil sie so viel Leben in sich bergen. Insgesamt wurden in Korallenriffen 90.000 einzigartige Arten von Meerespflanzen und -tieren nachgewiesen.

Das Leben ist auf der Erde allgegenwärtig, doch die biologische Produktivität variiert stark zwischen Wüsten und Regenwäldern. Etwa 1,9 Millionen Arten wurden benannt, aber es gibt schätzungsweise fünf bis dreißig Millionen oder mehr Arten, die die biologische Vielfalt der Erde ausmachen. Viele der noch nicht identifizierten Arten leben an besonders schwer zugänglichen Orten, wie z. B. in den antarktischen Ozeanen oder in extremophilen Gebieten, in denen es sehr heiß, kalt oder sauer ist. Unter den Füßen und unter dem Meer wimmelt es von Tausenden, wenn nicht Millionen verschiedener Organismen, von denen viele nicht identifiziert sind, weil es einfach nicht genug Zeit und Aufmerksamkeit gab, um all diese kleinen Lebensformen zu sortieren.

Die Phytomasse, also die Masse der Pflanzen, wird auf 500 bis 800 GtC (Milliarden Tonnen Kohlenstoff) geschätzt. Die Schätzungen der Masse der Heterotrophen werden von großen Unsicherheiten hinsichtlich der Masse der im Boden, tief unter dem Boden und in den Meeressedimenten lebenden Organismen beherrscht. Allein die Masse der Prokaryoten, einfacher Organismen ohne Zellkern (Bakterien und Archaeen), kann der Masse der Pflanzen entsprechen. Heterotrophe Organismen an Land und in den Meeren, die keine Prokaryoten sind, tragen relativ wenig zur Gesamtmasse bei. Schätzungen der Gesamtmasse der Biosphäre belaufen sich auf mehr als 1 TtC (Billion Tonnen C) und vielleicht sogar auf 4 TtC.

Regenwald in den Blue Mountains, Australien. Ein Großteil der weltweiten Artenvielfalt ist in den über den Globus verstreuten Regenwäldern zu finden. Trotz der lebenswichtigen Bedeutung der Regenwälder für das menschliche Leben und das Erdsystem als Ganzes sind sie einer ständigen Bedrohung durch den Menschen ausgesetzt, der diese mit Leben gesättigten Wälder für die Landwirtschaft und andere Zwecke in Beschlag nimmt.

Wie verändert sich die Biosphäre?

Die Anzahl der Arten auf der Erde verändert sich zu jedem Zeitpunkt durch den Prozess der Evolution. Im Laufe der Erdgeschichte sind mehr Arten ausgestorben als heute existieren. Ein dramatisches Beispiel für diesen Wandel sind die vergangenen Aussterbeereignisse. Paläobiologen und Geologen haben in den geologischen Aufzeichnungen Beweise für fünf Massenaussterbeereignisse gefunden, die die Artenvielfalt der Erde auf einen Teil ihres vollen Potenzials reduziert haben. Ein bemerkenswertes Beispiel ist das Massenaussterben vor 65 Millionen Jahren, das mit dem Ende des Zeitalters der Dinosaurier zusammenfiel.

Abrupte Veränderungen der physikalischen und chemischen Faktoren, die für das Leben grundlegend sind, sind der Schlüssel zu Massenaussterben. Nach jedem Massenaussterben erholt sich die Vielfalt des Lebens langsam, um den in der Umwelt der Erde verfügbaren Lebensraum auszufüllen. Dieser Prozess kann Millionen von Jahren der Evolution in Anspruch nehmen.

Zu den möglichen Ursachen für Massenaussterben in der Vergangenheit gehören massive und anhaltende Vulkanausbrüche und Einschläge von Kometen und/oder Asteroiden – beides führt zu einer Veränderung der Atmosphäre durch die aufgewirbelten Trümmer, die das einfallende Sonnenlicht blockieren. Anhaltende oder sehr schnelle Klimaveränderungen und Veränderungen des Meeresspiegels sind ebenfalls mögliche Erklärungen für vergangene Massenaussterben.

Seit der letzten Eiszeit haben menschliche Aktivitäten, die die Landnutzung veränderten, zu einer dramatischen Zerstörung des Lebensraums von Arten geführt. So werden beispielsweise etwa 35 % des eisfreien Landes für die menschliche Landwirtschaft genutzt, und als Folge dieser Ausdehnung werden Arten in Umgebungen gezwungen, für die sie nicht geeignet sind, zu überleben. Seit der industriellen Revolution hat sich die Luft- und Wasserqualität durch menschliche Aktivitäten verändert und führt zu einer Veränderung des Klimas. Diese Faktoren sowie die veränderte Landnutzung wirken sich in komplexer Weise auf die biologische Vielfalt aus. Viele Wissenschaftler halten unser heutiges Zeitalter für ein 6. Massenaussterben. Eine Schätzung des Aussterbens aufgrund des künftigen Klimawandels (in einer Größenordnung von 3,6 bis 5,4 Grad Celsius) in Verbindung mit anderen menschlichen Einflüssen auf die biologische Vielfalt kommt zu dem Schluss, dass 20 bis 30 Prozent der heute bekannten Arten zusammen mit den von ihnen erbrachten Ökosystemleistungen verloren gehen könnten.

JOURNALARBEIT

Materialien: Notizbuch, Papier und Bleistift oder ein spezieller Computerordner, in dem Sie Ihre Arbeit aufbewahren können.

1. Wähle eine oder mehrere der Biosphären-Fragen aus.
2. Schreibe oder skizziere deine Antworten auf der Grundlage deines eigenen Verständnisses, ohne etwas nachzuschlagen.
3. Bitte ein Familienmitglied, einen Freund oder einen Lehrer um dieselbe(n) Frage(n) und schreibe oder skizziere ihre Antworten.
4. Welche gemeinsamen Ideen finden sich in den Antworten, die du gesammelt hast? Schreibe oder skizziere die gemeinsamen Themen/Ideen.
5. Entwickle deine eigene Strategie, um tiefer zu graben (frage einen Wissenschaftler, sieh dir die Websites von Universitäten und Regierungsbehörden wie NASA und NOAA an, gehe in die Bibliothek, entwerfe und führe ein Experiment durch usw.), bis du überzeugt bist, dass die Antwort für dich Sinn ergibt.
6. Fasse zusammen, was über das Thema der Frage(n) bekannt und unbekannt ist. Notiere auch, welche Beweise es für das Bekannte gibt und wie die Beweise gewonnen wurden.
7. Bewerte die Antwort, die du gefunden hast, auf einer Skala von 1 bis 10, wobei 1 eine schwache Antwort mit viel Unsicherheit ist und 10 eine perfekte Antwort.