Biosphäre

Gesamtheit der Lebewesen

Die Biosphäre umfasst alle auf der Erde existierenden Lebewesen: jegliche Art von Pflanzen, Tiere von einfachen Mikroorganismen bis zu Walen und den Menschen. Sie reicht von den obersten Schichten des Tiefseebodens bis zur Sauerstoffgrenze in der und vom Äquator bis zu den nördlichen und südlichen Polargebieten. Neuen Schätzungen zufolge beziffern Biologen die Anzahl der Spezies auf der Erde mit 8,7 Millionen, wovon etwa 7,8 Millionen Tierarten sind.

Für das Klima der Erde ist die Biosphäre im Kohlenstoffkreislauf von großer Bedeutung. Durch Photosynthese entziehen Pflanzen dem Meer und der Atmosphäre Kohlendioxid (CO₂) und wandeln dieses mit Hilfe von UV-Strahlung in Sauerstoff und organischen Kohlenstoff um. Auf Grund der jahreszeitlichen Änderungen der Vegetation unterliegt der CO₂-Gehalt der Atmosphäre Schwankungen. Dies ist klar ersichtlich in den langjährigen CO₂-Messungen von Mauna Loa auf Hawaii (Abb. 1).

Treibende Kraft im Kohlenstoffkreislauf

Neben dem stark positiven Trend des atmosphärischen CO₂-Gehalts seit Beginn der Messungen im Jahr 1958 sind auch jährliche Schwankungen mit höheren Werten im Nordwinter und niedrigeren im Nordsommer erkenntlich. Das rührt daher, dass auf der Nordhalbkugel deutlich mehr Landoberfläche zu finden ist und daher insgesamt im Nordsommer von der Pflanzendecke der Erde der Atmosphäre mehr CO₂ entzogen wird als im Südsommer. Mauna Loa liegt mitten im Pazifik fern von den großen Kontinenten und deren Vegetationsflächen und weist aus diesem Grund einen weit gedämpfteren CO₂-Jahresgang auf als der Hohe Sonnblick.

Abb. 1: CO2-Gehalt der Atmosphäre gemessen in Mauna Loa auf Hawaii und am Hohen Sonnblick (ESRL 2011; ZAMG, Abteilung Klimaforschung).

In diesem Sinn kann die Vegetation als dämpfende, negative Rückkopplung im Klimasystem angesehen werden: Eine auf Grund höherer Temperaturen dichtere Vegetation entzieht der Atmosphäre mehr CO₂, sodass die Wärmestrahlung der Erde leichter entweichen kann. Der Temperaturanstieg wird gebremst und damit das Pflanzenwachstum eingeschränkt.

Negative und positive Rückkopplungen

Ein weiterer wichtiger Rückkopplungsprozess ist die verstärkende, positive Albedo-Vegetation-Rückkopplung. Im Mittel ist die Albedo von pflanzenbedeckten Gebieten niedriger als von freien Flächen, so haben beispielsweise Wälder eine Albedo von 5–18 %, unbestellte Felder etwa 26 %, Wüstengebiet etwa 30 % und Savannen etwa 25 %. Verdichtet oder dehnt sich die Vegetation in einem Gebiet aus, so erniedrigt sich in der Regel die Albedo, mehr Sonnenstrahlung wird vom Boden aufgenommen, in Wärmestrahlung umgewandelt und das weitere Pflanzenwachstum gefördert. Dieser Effekt ist speziell in Gebieten mit starken Albedo-Gegensätzen von großer Bedeutung. Die beiden erwähnten Rückkopplungen sind stark miteinander verknüpft und können sich gegenseitig überlagern.

Neben dem Kohlenstoffkreislauf wird auch die Konzentration von Methan (CH₄) in der Atmosphäre unter anderem durch die Biosphäre gesteuert. Methan entsteht z.B. durch anaerobe (unter Ausschluss von Sauerstoff) Zersetzung von organischem Material in Feuchtgebieten, wo es beim Auftauen von Permafrostböden freigesetzt wird, oder durch Verdauungsprozessen bei Tieren.

Literatur:

Mora C., Tittensor D.P., Adl S., Simpson A.G.B., Worm B. (2011): How many species are there on earth and in the ocean? PLoS Biology 9/8, e1001127, doi:10.1371/journal.pbio.1001127

NOAA Earth System Research Laboratory: http://www.esrl.noaa.gov, abgerufen am 12.10.2011

Schönwiese C. (2008): Klimatologie. 3. Aufl. Stuttgart: Ulmer, 472 Seiten, ISBN 978-3825217938