Chemie · Klasse 5–13 · aktualisiert
Stoffkreisläufe einfach erklärt: Ablauf und Beispiele
Verfolge Kohlenstoff, Stickstoff und Wasser zwischen Lebewesen und Umwelt und erkläre Störungen.
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Kurz gesagt
In Stoffkreisläufen gelangen Stoffe von einem Ort zum nächsten, etwa von der Luft in eine Pflanze. Dabei werden sie oft umgewandelt. Pflanzen bauen Stoffe auf, Tiere geben sie weiter und Zersetzer machen viele Bestandteile erneut verfügbar. Energie fließt durch das System und muss weiter zugeführt werden.
In einem Stoffkreislauf wandern Stoffe zwischen Lebewesen, Luft, Wasser und Boden. Dabei ändern sie oft ihre Form. Kohlenstoff bleibt zum Beispiel Kohlenstoff, auch wenn er Teil einer Pflanze oder eines Gases ist. Du lernst, Stoffwege und Störungen zu erklären.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Lebewesen brauchen Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und andere Stoffbausteine. Davon gibt es auf der Erde nur eine begrenzte Menge. Deshalb müssen sie nach der Nutzung wieder verfügbar werden. Sie bleiben erhalten, wechseln aber Ort und Form.
Ein Speicher ist ein Ort wie Luft, See, Boden oder Pflanzenkörper. Ein Stofffluss bewegt Material zwischen Speichern: Eine Pflanze nimmt Kohlenstoffdioxid aus der Luft auf. Die Mengen in Speichern können sich verändern; ein Kreislauf muss nicht schnell oder gleichmäßig laufen.
Pflanzen und Algen sind Produzenten: Sie bauen mit Licht, Wasser und Kohlenstoffdioxid eigene Stoffe auf. Tiere sind Konsumenten: Sie nehmen Stoffe mit der Nahrung auf. Viele Bakterien und Pilze sind Destruenten oder Zersetzer: Sie bauen tote Reste ab. Erst Atmung, Ausscheidungen und Zersetzung führen viele Stoffe wieder zurück.
Definition
Stoffkreislauf
Ein Stoffkreislauf zeigt, wie Stoffe wiederholt zwischen Lebewesen, Luft, Wasser und Boden wandern. Sie können dabei ihre Form ändern und erneut nutzbar werden.
Merke: Ein Kreislauf besteht aus Speichern, Wegen zwischen ihnen und Umwandlungen. Die Mengen müssen dabei nicht überall gleich groß sein.
Beispiel
- 1Ein Baum nimmt Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Wasser auf. Dazu kommen Nährstoffe aus dem Boden. Mit Licht baut er Stoffe für Blätter und Holz auf.
- 2Eine Raupe frisst einen Teil des Blattes. Kohlenstoff und andere Stoffbausteine gelangen dadurch in ihren Körper.
- 3Die Raupe nutzt einen Teil der Stoffe aus dem Blatt. Beim Atmen gibt sie auch Kohlenstoffdioxid ab.
- 4Abgefallene Blattreste und Ausscheidungen gelangen auf den Waldboden.
- 5Bakterien und Pilze bauen die Reste ab. Dabei gelangt Kohlenstoff unter anderem als Kohlenstoffdioxid in die Luft. Andere Nährstoffe werden im Boden wieder verfügbar.
- 6Der Baum kann diese Stoffe erneut aufnehmen.
- 7Der entscheidende Gedanke: Nicht eine einzige Nahrungskette bildet den Kreislauf. Erst die Rückgabe aus Atmung, Ausscheidungen und Zersetzung ermöglicht die erneute Nutzung.
Teste dich
Jeder Stoff hat eigene Speicher und Wege. Im Kohlenstoffkreislauf nehmen Pflanzen Kohlenstoffdioxid auf und bauen daraus eigene Stoffe. Tiere übernehmen den Kohlenstoff mit der Nahrung. Pflanzen, Tiere und Zersetzer geben durch Atmung und Abbau Kohlenstoffdioxid ab. Bei Abbau ohne genügend Sauerstoff kann auch Methan, ein Gas, entstehen.
Ein Teil des Kohlenstoffs bleibt lange in Böden, Kalkgestein oder fossilen Lagerstätten gespeichert. Das sind zum Beispiel Lager von Kohle, Erdöl und Erdgas. Ihre Verbrennung bringt zusätzlichen Kohlenstoff als CO₂ in die Luft.
Im Wasserkreislauf verdunstet Wasser durch Sonnenwärme. Wasserdampf wird in der Luft bewegt und kommt als Regen, Schnee oder Hagel zurück. Wasser fließt an der Oberfläche ab oder sickert in den Boden. Grundwasser kann später Quellen, Flüsse, Seen und Meere erreichen. Auch Lebewesen enthalten Wasser.
| Kreislauf | Wichtige Speicher | Beispiele für Stoffflüsse und Umwandlungen |
|---|---|---|
| Kohlenstoff | Luft, Gewässer, Lebewesen, Böden, Kalkgestein und Lager von Kohle, Erdöl und Erdgas | Pflanzen bauen mit Licht eigene Stoffe auf; Nahrung, Atmung, Zersetzung und Verbrennung führen Kohlenstoff weiter. |
| Stickstoff | Luft, Lebewesen und Boden | Bakterien binden Luftstickstoff; Pflanzen nehmen nutzbare Formen auf; weitere Bakterien wandeln ihn um und führen einen Teil zur Luft zurück. |
| Wasser | Meere, Seen, Flüsse, Boden, Wasser unter der Erde, Eis, Luft und Lebewesen | Wasser verdunstet, kommt als Regen, Schnee oder Hagel zurück, fließt ab oder sickert in den Boden. |
Merke: Gleiche Grundidee, andere Wege: Kohlenstoff kann Teil verschiedener Stoffe werden. Wasser verdunstet und kann später wieder flüssig werden. Beim Stickstoff verwandeln Bakterien Stoffe, die Stickstoff enthalten.
Teste dich
Luftstickstoff besteht aus winzigen Teilchen. Jedes enthält zwei Stickstoffbausteine. Grüne Pflanzen können Luftstickstoff nicht direkt nutzen. Bestimmte Bakterien binden ihn in nutzbare Formen; das heißt Stickstofffixierung. Ammonium, Nitrit und Nitrat sind verschiedene Stoffe im Boden, die Stickstoff enthalten. Pflanzen können Ammonium und Nitrat aufnehmen. Andere Bakterien verwandeln Ammonium über Nitrit zu Nitrat: Nitrifikation braucht Sauerstoff. Beim Abbau von Resten mit Stickstoff entsteht wieder Ammonium; das heißt Ammonifikation. Bei Sauerstoffmangel können Bakterien Nitrat zu gasförmigem Stickstoff zurückführen. Das heißt Denitrifikation. Wasser, Temperatur und wie sauer der Boden ist, beeinflussen diese Vorgänge.
Stoffe können wiederverwendet werden. Energie wird dagegen mit Licht zugeführt, in Nahrung weitergegeben und schließlich als Wärme abgegeben. Sie kehrt nicht als ursprüngliches Sonnenlicht zur Pflanze zurück.
Merke: Stoffe zirkulieren, Energie fließt. Ein Ökosystem braucht deshalb fortlaufend Energie von außen, obwohl es viele Stoffe wiederverwendet.
Beispiel: So gehst du vor
- 1Stickstofffixierung: Bestimmte Bakterien binden Luftstickstoff in Ammoniak oder Ammoniumverbindungen. Knöllchenbakterien leben in kleinen Verdickungen an den Wurzeln von Hülsenfrüchten, zum Beispiel Erbsen.
- 2Nitrifikation: Bei genug Sauerstoff wandeln Bakterien Ammonium zuerst in Nitrit, dann in Nitrat um.
- 3Assimilation: Pflanzen nehmen vor allem Ammonium oder Nitrat auf. Aus dem Stickstoff bauen sie Aminosäuren. Das sind Bausteine von Eiweißen, die Pflanzen ebenfalls herstellen.
- 4Nahrungstransfer: Tiere übernehmen Stickstoff, wenn sie Pflanzen oder andere Tiere fressen.
- 5Ammonifikation: Zersetzer bauen Ausscheidungen und tote Reste ab. Dabei entsteht wieder Ammonium.
- 6Denitrifikation: Bei Sauerstoffmangel können Bakterien Nitrat zu gasförmigem Stickstoff umwandeln. Er gelangt zurück in die Luft.
Teste dich
Bei einem Fließgleichgewicht kommen über eine bestimmte Zeit ungefähr so viele Stoffe hinzu, wie fortgehen. Ein See kann zum Beispiel Wasser erhalten und zugleich Wasser abgeben. Andere Speicher können sich dabei verändern; eine Störung verschwindet nicht von selbst.
Die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas bringt Kohlenstoff in die Luft. Dünger führt einem Feld Stickstoff zu. Ein Teil geht mit der Ernte fort, ein anderer kann mit Wasser fortgeschwemmt oder als Gas abgegeben werden. Wenn fruchtbarer Oberboden verloren geht, fehlt ein Speicher für Nährstoffe. Schadstoffe belasten Böden und Gewässer. Wandernde Tiere tragen Stoffe von einem Gebiet in ein anderes.
Entscheide zuerst, welchen Bereich du ansiehst: ein Feld, einen Wald oder die ganze Erde. Diese Grenze heißt Systemgrenze. Nenne dann den Stoff, seinen Speicher, den veränderten Weg und mögliche Folgen. Ein natürlicher Kreislauf gleicht zusätzliche Mengen nicht beliebig aus.
Beispiel
- 1Ein Feld erhält Stickstoffdünger. Das ist zunächst ein zusätzlicher Zufluss in den betrachteten Boden. Pflanzen können einen Teil aufnehmen. Weitere Anteile können im Boden gespeichert, mit der Ernte entfernt, ausgewaschen oder gasförmig abgegeben werden.
- 2Die Aussage „Der Stickstoff bleibt im Kreislauf, also ist die Menge unwichtig“ ist falsch. Entscheidend sind Menge, Form, Speicher, Zu- und Abflüsse sowie die gewählte Systemgrenze.
Beispiel: So gehst du vor
- 1Lege die Systemgrenze fest: Betrachtest du einen Boden, einen Wald oder den ganzen Planeten?
- 2Nenne den betroffenen Stoff und seine wichtigen Speicher.
- 3Bestimme, welcher Zu- oder Abfluss verändert wird.
- 4Prüfe, welcher Speicher dadurch wächst oder schrumpft.
- 5Beschreibe mögliche Folgen und vermeide die Behauptung, ein natürlicher Kreislauf könne jede zusätzliche Menge ausgleichen.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Stoffkreisläufe
Speicher
Luft, Wasser, Boden und Lebewesen
Flüsse
Stoffe wandern zwischen Speichern
Produzenten
Pflanzen bauen eigene Stoffe auf
Konsumenten
Tiere übernehmen Stoffe mit Nahrung
Zersetzer
Bakterien und Pilze bauen Reste ab
Abgrenzung
Stoffe kreisen, Energie wird zugeführt
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Kohlenstoff in einem Teich
- 1Algen nehmen Kohlenstoffdioxid aus dem Wasser auf und bauen daraus mit Licht eigene Stoffe.
- 2Ein kleines Wassertier frisst Algen und übernimmt den Kohlenstoff.
- 3Beim Atmen gibt das Tier einen Teil als Kohlenstoffdioxid an das Wasser zurück.
- 4Bakterien bauen tote Reste ab; dabei kann weiterer Kohlenstoff wieder ins Wasser gelangen.
Fehler finden
Stoffe auf einer Wiese verfolgen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Wärme wird nicht als Sonnenlicht zurückgeführt. Richtig ist: Stoffe können kreisen; für den Aufbau neuer Stoffe braucht das Gras erneut Energie von außen.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bestimmte Bakterien binden Luftstickstoff. Das heißt . Die Umwandlung von Ammonium über Nitrit zu Nitrat heißt . Aus toten Resten kann wieder Ammonium entstehen; das heißt .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback