Tutorium Physische Geographie II Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und...

Tutorium Physische Geographie IITutorium Physische Geographie II

Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden

Termine: Montag 08:15 – 09:45 Uhr

Donnerstag 14:00 – 15:30 Uhr

Tutor: Julian Dare (Geographie, Diplom, 10. Semester)

Email: [email protected]

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Biogeographie

2 Wochen

Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative MethodenUniversität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian DareTutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

BiogeographieBiogeographieEinführungEinführung

BiogeographieBiogeographie

GrundlagenGrundlagen


Beschreibe folgende Grundbegriffe:•Individuum

• Unteilbare, selbständig lebende Einheit•Taxon (pl. Taxa)

• Organismen mit gleichen Verwandtschafts- und Ähnlichkeitsmerkmalen (Sippe, Einheit der Rangstufen)

•Population• Alle Individuen einer Art, die miteinander in Genaustausch treten können

(Fortpflanzungsgemeinschaft). Bei großen Gebieten: Aufspaltung in Teilpopulationen möglich.

•Biozönose = Lebensgemeinschaft Alle Organismen eines Lebensraums Arten stehen zumindest teilweise miteinander in Beziehung

•Biotop Lebensraum einer Biozönose von einheitlicher Beschaffenheit Gegenüber der Umgebung abgrenzbar


SippensystematikSippensystematik


Nenne die Ordnungsebenen der Sippensystematik.•Reich•Stamm/Abteilung•Klasse•Ordnung•Familie•Gattung•Art

Wetzel 2008


PflanzenmorphologiePflanzenmorphologie


Sprosspflanzen•Kormophyten•Aufbau aus:

– Wurzel– Sprossachse– Blattorganen

Lagerpflanzen•Thallophyten•Aufbau geringer differenziert

Welche Einteilung der Pflanzen hinsichtlich ihrer Morphologie gibt es?


Taxonomische Einheiten PflanzenTaxonomische Einheiten Pflanzen


Wetzel 2008


EnergiegewinnungEnergiegewinnung


Organismen werden hinsichtlich der Art ihrer Energiegewinnung in zwei große Gruppe unterteilt. Welche?•Autotrophe Organismen

– Erzeugung organischer Substanz aus Primärenergie und anorganischen Ausgangsstoffen

– photoautotroph & chemoautotroph– aerob & anaerobPrimärproduzenten

•Heterotrophe Organismen– Stoff- und Energiebedarf aus organischen Substanzen gedeckt

(=Produkte anderer Organismen)Konsumenten und Sekundärproduzenten


Nahrungskette / Trophische StufenNahrungskette / Trophische Stufen



PhotosynthesePhotosynthese


Welcher Prozess wandelt elektromagnetische solare Strahlung in chemische Energie um?•PhotosysntheseWo und mittels welcher chem. Substanz erfolgt die Aufnahme und Umwandlung der Strahlung?•Chloroplasten•ChlorophyllWelche chemische Reaktion läuft dabei ab?

6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

Wozu dient dabei das Wasser? Was wird vom Wasser freigesetzt?Als Reduktionsmittel für CO2. Es wird Sauerstoff vom Wasser abgegebenSeit wann und anfangs von wem wurde wird Photosynthese betrieben?Seit 3,5 – 4 Mrd. Jahren von den Cyanobakterien

Wetzel 2008


BlattaufbauBlattaufbau


Nenne wichtige Blattorgane:• Epidermis: Schutz- und Stützschicht, lichtdurchlässig

• Stomata: ermöglichen den Gasaustausch

• Palisadengewebe: enthält chloroplastenreicheZellen für die Photosynthese

• lockeres Schwammgewebe: dientdem Gasaustausch und besitzt ebenfalls Chloroplasten

Wetzel 2008


PflanzenphysiotypenPflanzenphysiotypen


Welche Physiotypen von Pflanzen werden hinsichtlich des CO2–Metabolismus unterschieden?•C3-Pflanzen•C4-Pflanzen

– Räumliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion sowie effektivere Bindung

Spaltöffnungen können weiter geschlossen sein•CAM-Pflanzen

– Zeitliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion Spaltöffnungen können tagsüber komplett geschlossen bleiben

Warum sind unterschiedlichen Physiotypen ausgeprägt?•Optimierung der CO2-Fixierung•Reduzierung des WasserverlustsAnpassung an klimatische Verhältnisse


PflanzennährstoffePflanzennährstoffe


Nenne die Hauptnährelemente.•N Stickstoff•P Phosphor•S Schwefel•K Kalium•Ca Calcium•Mg MagnesiumNenne die Spurennährelemente.•B Bor•Mo Molybdän•Cl Chlor•Fe Eisen•Mn Mangan•Zn Zink•Cu Kupfer


StandortfaktorenStandortfaktoren



Standortfaktor LichtStandortfaktor Licht


Welche Strategien gegen Lichtmangel wurden von Pflanzen entwickelt?•Schattentoleranz

– der Keimlinge (dunkler Waldboden)– z.B. Rotbuche (Fagus sylvatica) oder Stieleiche (Quercus robur)

•Frühjahrsgeophyten– Austrieb, Blüte und Frucht vor Laubentfaltung der Bäume– z.B. Bärlauch (Allium ursinium)

•Epiphyten– Aufsitzerpflanzen, siedeln auf Wirt für günstigere Lichtverhältnisse– Flechten, Moose, auch höhere Pflanzen

Beschreibe günstige Strahlungsverhältnisse für die Photosynthese. Wie viel Prozent der Globalstrahlung können für diese genutzt werden?

• 45-50% der Globalstrahlung kommen für Photosynthese in Frage

• Für Photosynthese ist die diffuse Himmelsstrahlung oder eine tief stehende Sonne am besten

• Ebenfalls Strahlungsgewinn durch vom Boden reflektierende Strahlung (Albedo des Bodens)

• In dichten Wäldern herrscht regelrecht ein Kampf um das Licht

• Relief beeinflusst den Strahlungseinfall: Es entstehen Licht- und Schattenpflanzen

• Photoperiodismus: Langtags- und Kurztagspflanzen entwickeln sich in Abhängigkeit der Tageslänge:

geographische Breite ist entscheidend


Floren- und FaunenreicheFloren- und Faunenreiche


Nenne die unterschiedlichen Floren- und Faunenreiche sowie die Gebiete, die sie umfassen.


Biodiversität - BegriffeBiodiversität - Begriffe


Was ist Speziation?• Die Neubildung von Arten• Allopatrisch: Aufspaltung einer Art in zwei oder mehrereArten durch räumliche Trennung (Isolation).• Peripatrisch: Am Rand eines Verbreitungsgebietes lebendePopulation wird zunehmend isoliert und entwickeltsich unterschiedlich weiter.• Parapatrisch: Aneinander grenzende Populationen einer Artentwickeln sich unterschiedlich weiter.• Sympatrisch: Gemeinsam in einem Gebiet vorkommendePopulationen einer Art entwickeln sichunterschiedlich weiter

Was beschreibt der Begriff Kladogenese?

Entstehung zweier Tochterarten aus einer Mutterart

Was ist eine konvergente Entwicklung von Organismen?

Durch gleichsinnige Anpassung an analoge Lebensbedingungen entwickelte äußere Ähnlichkeit genetisch verschiedener Organismen. Sedlag (1995)


Biodiversität /ArtenverteilungBiodiversität /Artenverteilung


Beschreibe globale Verhältnisse der Artendichte und Individuendichte• Die Artendichte varriert global sehr stark.• Artenarme Gebiete können aber reich an Individuen sein (und umgekehrt)• Verhältnis der beiden Größen: Diversitätsindex

Wieviele Arten gibt es global? Überwiegen Pflanzen- oder Tierarten?• 2-2,5 Mio. Arten• Tiere 74%, Pflanzen 26%

Nenne das Verhältnis von aussterbenden zu neu entstehenden Arten:• Bis zu Beginn des letzten Jahrhunderts Zunahme 1:1,1• Seitdem 5000:1


Biodiversität /ArtenverteilungBiodiversität /Artenverteilung


Welche Parameter beeinflussen den Artenreichtum

• Größe des Lebensraumes (je größer, desto potentiell reicher)

• Höhenlage (Abnahme mit der Höhe)

• Heterogenität der Umwelt (je heterogener, desto höher)

• Ressourcenspannbreite (je mehr Ressourcen, desto artenreicher)

• räumliche Produktivität (abhängig vom Klima: je wärmer u. feuchter, desto höher)

• Störungen (regelmäßige mittl. Störungen wirken erhöhend)

• Konkurrenz/Prädation (u.a. je höher die Spezialisierung, desto reicher)

• entwicklungsgeschichtliches Alter (je älter und reifer, desto höher)

Außerdem gilt:

• je mehr Pflanzen in einem Lebensraum, desto mehr Tiere!


Arealkunde / VerbreitungArealkunde / Verbreitung


Welche Arealformen können unterschieden werden?• Geschlossene Areale• Disjunkte Areale

Wie kann man Arten aufgrund ihrer Ausbreitung Unterscheiden?• Kosmopoliten: Arten, die auf der ganzen Erde verbreitet sind. z.B. Löwenzahn, Schilf • Ubiquisten: hohe ökologische Toleranz. An besondere Umweltfaktoren gebunden. z.B. verschiedene Bakterien, Algen• Endemiten: Taxa, die ausschließlich in einem bestimmten oft eng begrenzten Gebiet

vorkommen. z.B. Rotbuche in Europa oder die Alpennelke in dennördlichen Kalkalpen sowie Pandabären in China

Gürteltier Zierbelkiefer

Wetzel 2008


EndemismusEndemismus


Wie entstehen endemische Arten?•Relikttheorie

– Ehemals größere Verbreitung– Reduzierung z.B. durch Umweltveränderungen

oder KonkurrenzReliktendemiten (Paläoendemiten)

•Ausbreitungstheorie– „junge“ neu entstandene Arten– noch keine weitere AusbreitungNeoendemiten

Nenne Beispiele.

wikipedia

wikipedia


Relikte der EiszeitRelikte der Eiszeit


Während der Kaltzeiten erfuhren bestimmte Arten eine große Ausbreitung in Europa. Man findet sie heute nur noch in geringer Verbreitung. Wo?•Glazialrelikte

– Zurückdrängung in kalte Gebiete– Mittel- und Hochgebirge

•Steppenrelikte– Periglazialgebiet– Heute: trockene Sonderstandorte

USDA


Aktotertiäre ReliktfloraAktotertiäre Reliktflora


Was bezeichnet man als arktotertiäre Reliktflora?•Artenverarmte Flora Mittel- und Nordeuropas•Entstehung durch Aussterben vieler Arten im Pleistozän. Grund:

(vergletscherte) Alpen als Verbreitungsschranke verhindern „Ausweichen“ der Arten nach Süden während der Kaltzeiten

Warum ist dieses Phänomen in Europa wesentlich stärker ausgeprägt als in Nordamerika?•die Gebirge Nordamerikas sind meridional orientiertkeine Hindernisse für eine Südverlagerung der Vegetationszonen AWI


Vikarianz / KonvergenzVikarianz / Konvergenz


Wetzel 2008

Wetzel 2008 aus Burga et.al 2004

Schröder 1998



Wodurch werden Areale begrenzt?

Wie werden sich ausweitende und schrumpfende Areale bezeichnet?Progressive und regressive Areale

Arealkunde / VerbreitungArealkunde / Verbreitung

Beschreibe eine permanente und katastrophische Verjüngung einer Klimaxgesellschaft (Buchenwald):

Nenne verschiedene Sukzessionstypen/stadien:• Primäre-, sekundäre-, autogene-, allogene-, progressive-, regressive Sukzession• Schluss/klimaxgesellschaft, Dauergesellschaft, anthropogene Ersatzgesellschaft


SukzessionSukzession


Wetzel 2008 (nach Schröder

1998)


HöhenstufenHöhenstufen


Nenne die Höhenstufen im Gebirge und die jeweils typische Vegetation? Wo befindet sich dabei die natürliche Waldgrenze bzw. die Schneegrenze?

Was sind Geoelemente? Nenne 3 Beispiele:

• Gruppen von Pflanzen- oder Tierarealen, deren Hauptverbreitungsgebiet weitgehend zusammenfällt und die sich regional deutlich von anderen Gruppen abheben

- Arktisches Geoelement (Arten der baumlosen Tundra: z.B. Gletscher Hahnenfuß)- Boreales Geoelement (Arten der Nadelwaldzone: z.B. Fichte)- Mediterranes Geoelement (Hartlaubzone Mittelmeerraum: z.B. Ölbaum)


Datierungsmethoden Datierungsmethoden


Welche Arten von Methoden zur Altersbestimmung von organischem und anorganischem Material können unterschieden werden?•Absolute Methoden

– Bestimmung des Alters in Kalenderjahren– Grundlage: Abzählen von Schichten, die Jahresrhythmisch

aufgebaut sind•Radiometrische Methoden

– Ungefähre Datierung in einem Messungenauigkeitsbereich– Grundlage: Zerfallsraten natürlich vorkommender Isotope

•Relative Methoden– Lage eines Horizonts/einer Schicht im Vergleich zu anderen– Zeitliche Reihenfolge, aber keine absoluten Werte– Grundlage: geologische Lageregel


Absolute DatierungsmethodenAbsolute Datierungsmethoden


Erläutere Beispiele absoluter Datierungsmethoden.

•Dendrochronologie– Zählung und Analyse von Baumringen– Bis ca. 12.000 a BP

•Warvenchronologie– Zählung von Tonwarven in Seesedimenten– Spätglazial

•Lichenometrie– Bestimmung des Erstbesiedelungszeitpunkts durch

Flechten aufgrund konstanten Flächenzuwachses– Wenige Jahrhunderte

Schweingruber 1983

FU Berlin

Schweingruber 1983

FU Berlin


Radiometrische Methoden – C14Radiometrische Methoden – C14


Was ist die physikalische Grundlage der 14C-Methode?•Bildung des Kohlenstoffisotops 14C in der Atmosphäre•Einbau in Moleküle von Organismen durch Stoffwechsel (Gleichgewicht mit atmosphärischer Konzentration)•Tod beendet Stoffwechsel => Nur noch Zerfall•Halbwertszeit 14C: 5370 ± 40 a

Welche Probleme hat die 14C-Methode?•Kurze Halbwertszeit•14C-Gehalt der Atmosphäre war in der Vergangenheit nicht konstantKorrektur und Kalibrierung nötig: 14C-Alter cal BP•Verunreinigungen des Probenmaterials verfälschen das Ergebnis Berner, Streif 2000


Relative MethodenRelative Methoden


Beschreibe die Altersbestimmung anhand der Pollenanalyse:• Rekonstruktion jungquartärer (spätglazialer und holozäner) Umweltverhältnisse• Archive: Torfe und Seesedimente (Luftabschluss, gute Konservierung)• Blütenpollen gelangen durch Wind in Seen und Moore• Verschiedene Pollen (z.B. bei Bäumen)• Probeentnahme im Feld (Wichtig: ungestörte Proben)• Analyse im Labor: Aufbereitung, Mikroskopierung, Pollen zählen und bestimmen, Pollendiagramm erstellen

Nenne weitere relative Datierungsmethoden:• Tephrochronologie: verwendet die Ablagerungen von Vulkanausbrüchen(z.B. Aschen) als Zeitmarker.• Paläomagnetische Datierung: stützt sich auf die Umpolung des Erdmagnetfeldes in der Vergangenheit.• Artefakte (z.B. Keramik) gestatten die zeitliche Einordnung mit Hilfe archäologischerMethoden. Ist in Gebieten mit großem Fundreichtum möglich.

Wetzel 2008

Wetzel 2008Wetzel 2008


Die Entwicklung des LebensDie Entwicklung des Lebens


Wetzel 2008


Die Entwicklung des LebensDie Entwicklung des Lebens


In welchem Erdzeitalter entwickelten sich die ersten Wälder?• Im Karbon vor 360 Mio. Jahren: Steinkohlewälder• Ersten Nacktsamer auf Südhalbkugel (Gymnospermen: Koniferen mit ersten Jahresringen)• Bedecktsamer ab der mittleren Kreidezeit (Angiospermen, 100 Mio. BP) • Gräser, Steppen, Savannen ab dem älteren Tertiär (60 Mio. Jahre BP)• globale Braunkohleentwicklung im Tertiär nach Ausbildung einer immergrünen Gehölzflora• Sommergrüne Wälder der Arktis erobern Mitteleuropa (aktotertiäre Elemente)• Gebirgsbildung (Alpen) im Jungtertiär: Hochgebirgsflora• Pleistozän: Veramung der aktotertiären Flora zur aktotertiären Reliktflora • Kaltzeiten: Verschiebung der Vegetationszonen nach Süden (Refugialgebiete) und anschließend nach Norden in der Warmzeit Artenverarmung


Die Entwicklung seit der letzten EiszeitDie Entwicklung seit der letzten Eiszeit


Nenne die Waldfolge in Europa im Holozän und die verschiedenen Einflussfaktoren:

Birke

Buche

Eiche/Ulme

Kiefer

KlimaPedogenese

Konkurrenz Wettbewerb

AusbreitungsStrategie /

Wanderungsrouten

Lage der Refugialgebiete

Ausbreitungsgeschwindigkeit


ÜbungsfragenÜbungsfragen


Seit wann und in welcher Form findet anthropogene Vegetationsveränderung statt• seit ca 7.000 BP• Rodungen, LWS Nutzung, Entwässerung (Drainage), neue Pflanzenarten, Entwaldung• ab 18. Jh.: Aufforstung mit standortfremden Baumarten• ab 20. Jh.: Mechanisierung der LWS Artenverarmung Produktionslandschaft

Was sind Ökosysteme?• (=ökologische Systeme) sind Lebewesen-Umwelt-Einheiten• Ökosysteme sind zur Selbstregulation befähigt und stehen mit anderen Ökosystemen in Austausch (offene Systeme)

Was sind Synusien?• Eine Gruppe von Pflanzen mit gleicher Lebensform innerhalb von Vegetationskomplexenin Biotopen, die unter einheitlichen Standortbedingungengedeiht, wie z.B. die Baum- oder Krautschicht in Wäldern

Wetzel 2008


Zonale VegetationsgliederungZonale Vegetationsgliederung


Zonale Vegetation:Im Einklang mit dem Großklima stehende Vegetation (klimatische Schlussgesellschaften) des Tieflands auf durchschnittlichen Böden,die großflächig verbreitet ist (z.B. borealer Nadelwald)Extrazonale Vegetation:Zonale Vegetation die außerhalb ihres zonalen Verbreitungsgebieteskleinräumig unter lokal besonderen klimatischen und edaphischenVerhältnissen auftritt(z.B. wärmeliebende Flaumeichenwälder am Kaiserstuhl, obwohlzonal eigentlich im Mittelmeerraum verbreitet).Azonale Vegetation:Vegetation, die keine großflächige zonale Verbreitung aufweist undderen Vorkommen nicht klimatisch sondern bodenökologisch-edaphischbedingt ist (z.B. Salzwiesenvegetation oderHochmoorvegetation). Wetzel 2008


Grundbegriffe PopulationGrundbegriffe Population


Archäophyten• Alteinwanderer, die sich seit dem beginn des Ackerbausausgebreitet habenNeophyten• Einwanderer (Neueinwanderer), die seit der EntdeckungAmerikas bei uns bewusst oder unbewusst eingeschleppt wurdenIndigen • werden die Arten bezeichnet, die sich ohne menschliche Einflüsse in einem Raum gebildet oder neu ausgebreitet haben

Wetzel 2008

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