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
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BiogeographieBiogeographieEinführungEinführung
BiogeographieBiogeographie
GrundlagenGrundlagen
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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
BiogeographieBiogeographie
SippensystematikSippensystematik
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Nenne die Ordnungsebenen der Sippensystematik.•Reich•Stamm/Abteilung•Klasse•Ordnung•Familie•Gattung•Art
Wetzel 2008
BiogeographieBiogeographie
PflanzenmorphologiePflanzenmorphologie
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Sprosspflanzen•Kormophyten•Aufbau aus:
– Wurzel– Sprossachse– Blattorganen
Lagerpflanzen•Thallophyten•Aufbau geringer differenziert
Welche Einteilung der Pflanzen hinsichtlich ihrer Morphologie gibt es?
BiogeographieBiogeographie
Taxonomische Einheiten PflanzenTaxonomische Einheiten Pflanzen
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Wetzel 2008
BiogeographieBiogeographie
EnergiegewinnungEnergiegewinnung
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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
BiogeographieBiogeographie
Nahrungskette / Trophische StufenNahrungskette / Trophische Stufen
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BiogeographieBiogeographie
PhotosynthesePhotosynthese
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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
BiogeographieBiogeographie
BlattaufbauBlattaufbau
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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
BiogeographieBiogeographie
PflanzenphysiotypenPflanzenphysiotypen
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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
BiogeographieBiogeographie
PflanzennährstoffePflanzennährstoffe
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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
BiogeographieBiogeographie
StandortfaktorenStandortfaktoren
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BiogeographieBiogeographie
Standortfaktor LichtStandortfaktor Licht
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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
BiogeographieBiogeographie
Floren- und FaunenreicheFloren- und Faunenreiche
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Nenne die unterschiedlichen Floren- und Faunenreiche sowie die Gebiete, die sie umfassen.
BiogeographieBiogeographie
Biodiversität - BegriffeBiodiversität - Begriffe
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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)
BiogeographieBiogeographie
Biodiversität /ArtenverteilungBiodiversität /Artenverteilung
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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
BiogeographieBiogeographie
Biodiversität /ArtenverteilungBiodiversität /Artenverteilung
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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!
BiogeographieBiogeographie
Arealkunde / VerbreitungArealkunde / Verbreitung
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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
BiogeographieBiogeographie
EndemismusEndemismus
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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
BiogeographieBiogeographie
Relikte der EiszeitRelikte der Eiszeit
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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
BiogeographieBiogeographie
Aktotertiäre ReliktfloraAktotertiäre Reliktflora
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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
BiogeographieBiogeographie
Vikarianz / KonvergenzVikarianz / Konvergenz
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Wetzel 2008
Wetzel 2008 aus Burga et.al 2004
Schröder 1998
BiogeographieBiogeographie
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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
BiogeographieBiogeographie
SukzessionSukzession
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Wetzel 2008 (nach Schröder
1998)
BiogeographieBiogeographie
HöhenstufenHöhenstufen
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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)
BiogeographieBiogeographie
Datierungsmethoden Datierungsmethoden
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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
BiogeographieBiogeographie
Absolute DatierungsmethodenAbsolute Datierungsmethoden
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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
BiogeographieBiogeographie
Radiometrische Methoden – C14Radiometrische Methoden – C14
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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
BiogeographieBiogeographie
Relative MethodenRelative Methoden
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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
BiogeographieBiogeographie
Die Entwicklung des LebensDie Entwicklung des Lebens
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Wetzel 2008
BiogeographieBiogeographie
Die Entwicklung des LebensDie Entwicklung des Lebens
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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
BiogeographieBiogeographie
Die Entwicklung seit der letzten EiszeitDie Entwicklung seit der letzten Eiszeit
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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
BiogeographieBiogeographie
ÜbungsfragenÜbungsfragen
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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
BiogeographieBiogeographie
Zonale VegetationsgliederungZonale Vegetationsgliederung
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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
BiogeographieBiogeographie
Grundbegriffe PopulationGrundbegriffe Population
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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