Was sind Energiefluss und Stoffkreisläufe im Ökosystem See?

Der Energiefluss beschreibt, wie Energie von der Sonne über Pflanzen zu Tieren weitergegeben wird, wobei sie größtenteils als Wärme verloren geht. Stoffkreisläufe hingegen sorgen dafür, dass Nährstoffe und Mineralien im Ökosystem See immer wieder recycelt und von Pflanzen neu genutzt werden.

Was besagt die 10-%-Regel in der Biologie?

Die 10-%-Regel besagt, dass von einer Trophiestufe zur nächsten nur etwa 10 % der Energie weitergegeben und in Biomasse umgewandelt werden. Die restlichen 90 % verbraucht das Lebewesen für Bewegung, Atmung und Verdauung und gibt sie als Wärme an die Umgebung ab.

Warum sind Nahrungsketten auf fünf Stufen begrenzt?

Weil bei jedem Schritt in der Nahrungskette 90 % der Energie verloren gehen, ist nach spätestens fünf Trophiestufen nicht mehr genug Energie übrig, um ein weiteres, größeres Tier zu ernähren. Die Energie reicht schlichtweg nicht aus, um die Kette endlos fortzusetzen.

Energiefluss und Stoffkreisläufe im See

Q: Welche Rolle spielen Destruenten im Stoffkreislauf?

Destruenten wie Bakterien und Pilze sind die „Müllabfuhr“ des Sees. Sie zersetzen tote Lebewesen und Kot in anorganische Mineralstoffe und Kohlenstoffdioxid. Diese Stoffe stehen dann den Pflanzen wieder als Baustoffe zur Verfügung – der Kreislauf schließt sich.

Hast du dich jemals gefragt, warum es im See keinen riesigen Super-Fisch gibt, der den Hecht frisst, und dann noch ein größeres Tier, das diesen Super-Fisch frisst? Warum enden Nahrungsketten meistens nach vier oder fünf Stationen?

In diesem Artikel werden wir dieses Geheimnis lüften und den Energiefluss und Stoffkreisläufe im Ökosystem See genau unter die Lupe nehmen. Du wirst lernen, warum die Energie in der Natur wie ein schmelzender Eiswürfel ist und warum die Natur die besten Recycling-Tricks der Welt erfunden hat, um niemals ohne Baustoffe dazustehen.

Vorwissen

Produzenten und Konsumenten: Produzenten (wie Pflanzen) stellen ihre eigene Nahrung her. Konsumenten (wie Tiere) müssen andere Lebewesen fressen. Beispiel: Die Alge (Produzent) wird vom Wasserfloh (Konsument) gefressen.
Trophiestufen (Ernährungsstufen): Die Position eines Lebewesens in der Nahrungskette. Beispiel: Die Alge ist die erste Stufe, der Wasserfloh die zweite Stufe.

Aufgabentyp 1: Der Energiefluss und die 10-%-Regel

Stell dir vor, du hast 100 Bonbons und gibst sie an einen Freund weiter, aber auf dem Weg verlierst du 90 davon. Deinem Freund bleiben nur 10. Genau so funktioniert die Energie in der Natur!

Alles beginnt mit der Sonne. Pflanzen und Algen (Produzenten) fangen die Sonnenenergie ein. Wenn nun ein Pflanzenfresser (wie ein Wasserfloh) die Alge frisst, nimmt er diese Energie auf. Aber er speichert nicht alles! Der Wasserfloh muss schwimmen, atmen und verdauen. Dabei verbraucht er Energie, die als Wärme an das Wasser abgegeben wird.

Als Faustregel gilt die 10-%-Regel: Nur etwa $10 \,\%$ der Energie werden in den Körper des Tieres eingebaut (als Fleisch oder Fett) und an die nächste Trophiestufe weitergegeben. Die restlichen $90 \,\%$ gehen als Wärme verloren.

Weil bei jedem Schritt so viel Energie verloren geht, ist nach spätestens fünf Trophiestufen einfach nicht mehr genug Energie übrig, um noch ein weiteres, größeres Tier zu ernähren. Deshalb sind Nahrungsketten auf maximal fünf Stufen begrenzt. Die Energie fließt in eine Richtung (wie in einer Einbahnstraße) und verschwindet nach und nach als Wärme.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Wenn du berechnen sollst, wie viel Energie bei einem bestimmten Tier in der Nahrungskette ankommt, nutze diesen Plan:

Startenergie finden: Finde heraus, wie viel Energie (gemessen in Joule, J) bei der ersten Stufe (meistens den Produzenten) vorhanden ist.
Die Stufen zählen: Zähle, wie viele Schritte (Pfeile in der Nahrungskette) es bis zu dem gesuchten Tier sind.
Die 10-%-Regel anwenden: Teile die Energie für jeden Schritt durch 10 (oder streiche einfach eine Null weg). Das ist die Energie, die bei der nächsten Stufe ankommt.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

In einem See nehmen die Algen (Produzenten) Sonnenenergie auf und speichern $100.000 \text{ J}$ in ihrer Biomasse. Die Nahrungskette lautet: Alge $\to$ Wasserfloh $\to$ Rotfeder (ein kleiner Fisch) $\to$ Hecht. Berechne, wie viel Energie am Ende beim Hecht ankommt, und erkläre, was mit dem Rest passiert.

Fortschritt

3 / 3

Schritt 1
Startenergie finden
Die Algen starten mit $100.000 \text{ J}$ .
2
Schritt 2
Die Stufen zählen
Die Kette hat drei Übertragungsschritte:
1. Von der Alge zum Wasserfloh
2. Vom Wasserfloh zur Rotfeder
3. Von der Rotfeder zum Hecht
3
Schritt 3 · Ergebnis
Die 10-%-Regel anwenden
- Wasserfloh: $100.000 \text{ J} : 10 = 10.000 \text{ J}$
- Rotfeder: $10.000 \text{ J} : 10 = 1.000 \text{ J}$
- Hecht: $1.000 \text{ J} : 10 = 100 \text{ J}$

Ergebnis:

Beim Hecht kommen nur noch $100 \text{ J}$ an. Die restlichen $90 \,\%$ auf jeder Stufe wurden von den Tieren für Bewegung und Lebensvorgänge verbraucht und als Wärme an die Umgebung abgegeben. Reality Check: Das macht biologisch Sinn! Weil so wenig Energie beim Hecht ankommt, muss er sehr viele kleine Fische fressen, um satt zu werden. Deshalb gibt es in einem See immer viel weniger Hechte als Algen.

Quiz zu Energiefluss und Stoffkreisläufe im See: Teste dein Wissen

Löse eine kostenlose Quizfrage zu Energiefluss und Stoffkreisläufe im See und prüfe, ob du die wichtigsten Schritte verstanden hast.

Quizfrage 1 zu Energiefluss und Stoffkreisläufe im See

Was zeichnet Produzenten in einer Nahrungskette aus?

Quizfrage 2 zu Energiefluss und Stoffkreisläufe im See

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Was passiert mit den $90 \,\%$ der Energie, die nicht an die nächste Trophiestufe weitergegeben werden?

Übungsaufgabe zu Energiefluss und Stoffkreisläufe im See

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Aufgabentyp 2: Stoffkreisläufe und die Müllabfuhr des Sees

Während die Energie wie in einer Einbahnstraße durch den See fließt und als Wärme verschwindet, verhalten sich die Stoffe (wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Mineralien) ganz anders. Sie werden niemals verbraucht, sondern immer wieder recycelt! Das nennt man einen Stoffkreislauf.

Aber wie funktioniert dieses Recycling? Hier kommen die Destruenten (Zersetzer) ins Spiel. Das sind winzige Bakterien und Pilze am Grund des Sees.

Wenn Algen, Wasserflöhe oder Fische sterben, sinken sie auf den Boden. Auch der Kot der Tiere landet dort. Die Destruenten fressen diesen toten organischen Abfall. Dabei zerlegen sie ihn in seine kleinsten Bausteine: anorganische Mineralstoffe und Kohlenstoffdioxid ( $CO_2$ ).

Diese Mineralstoffe werden zurück in das Wasser abgegeben. Die Pflanzen und Algen an der Wasseroberfläche nehmen diese Stoffe wieder auf, um mit Hilfe der Sonne neue Blätter und Biomasse zu bauen. Der Kreis schließt sich!

Merke dir den großen Unterschied: Materie zirkuliert im Kreis, aber Energie fließt nur in eine Richtung und muss von der Sonne ständig neu nachgeliefert werden.

Wichtige Erkenntnisse

Die 10-%-Regel: Von einer Trophiestufe zur nächsten werden nur etwa $10 \,\%$ der Energie weitergegeben. $90 \,\%$ gehen als Wärme verloren.
Kurze Nahrungsketten: Wegen des extremen Energieverlusts haben Nahrungsketten in der Natur meist maximal fünf Stufen.
Energiefluss: Energie fließt in eine Richtung (Einbahnstraße) und muss durch die Sonne ständig erneuert werden.
Stoffkreislauf: Stoffe (wie Mineralien) gehen nicht verloren, sondern werden im Kreis geführt.
Destruenten: Bakterien und Pilze zersetzen tote Lebewesen und machen die Mineralstoffe wieder für Pflanzen verfügbar.

Energiefluss und Stoffkreisläufe im See einfach erklärt