Tutorium Physische Geographie II

1. Tutorium 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: juliandare@gmx.de

2. Einführung Biogeographie Biogeographie  2 Wochen Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

3. Biogeographie Grundlagen 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 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

4. Biogeographie Sippensystematik Nenne die Ordnungsebenen der Sippensystematik. • Reich • Stamm/Abteilung • Klasse • Ordnung • Familie • Gattung • Art Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

5. Biogeographie Pflanzenmorphologie Welche Einteilung der Pflanzen hinsichtlich ihrer Morphologie gibt es? Sprosspflanzen • Kormophyten • Aufbau aus: • Wurzel • Sprossachse • Blattorganen Lagerpflanzen • Thallophyten • Aufbau geringer differenziert Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

6. Biogeographie Taxonomische Einheiten Pflanzen Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

7. Biogeographie Energiegewinnung 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 & anaerob • Primärproduzenten • Heterotrophe Organismen • Stoff- und Energiebedarf aus organischen Substanzen gedeckt (=Produkte anderer Organismen) • Konsumenten und Sekundärproduzenten Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

8. Biogeographie Nahrungskette / Trophische Stufen Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

9. Biogeographie Photosynthese Welcher Prozess wandelt elektromagnetische solare Strahlung in chemische Energie um? • Photosysnthese Wo und mittels welcher chem. Substanz erfolgt die Aufnahme und Umwandlung der Strahlung? • Chloroplasten • Chlorophyll Welche 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 abgegeben Seit wann und anfangs von wem wurde wird Photosynthese betrieben? Seit 3,5 – 4 Mrd. Jahren von den Cyanobakterien Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

10. Biogeographie Blattaufbau Nenne wichtige Blattorgane: • Epidermis: Schutz- und Stützschicht, lichtdurchlässig • Stomata: ermöglichen den Gasaustausch • Palisadengewebe: enthält chloroplastenreiche Zellen für die Photosynthese • lockeres Schwammgewebe: dient dem Gasaustausch und besitzt ebenfalls Chloroplasten Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

11. Biogeographie Pflanzenphysiotypen • 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 Wasserverlusts • Anpassung an klimatische Verhältnisse Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

12. Biogeographie Pflanzennährstoffe Nenne die Hauptnährelemente. • N Stickstoff • P Phosphor • S Schwefel • K Kalium • Ca Calcium • Mg Magnesium Nenne die Spurennährelemente. • B Bor • Mo Molybdän • Cl Chlor • Fe Eisen • Mn Mangan • Zn Zink • Cu Kupfer Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

13. Biogeographie Standortfaktoren Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

14. Biogeographie Standortfaktor Licht Welche Strategien gegen Lichtmangel wurden von Pflanzen entwickelt? • Schattentoleranz • der Keimlinge (dunkler Waldboden) • z.B. Rotbuche (Fagussylvatica) oder Stieleiche (Quercusrobur) • Frühjahrsgeophyten • Austrieb, Blüte und Frucht vor Laubentfaltung der Bäume • z.B. Bärlauch (Alliumursinium) • 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 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

15. Biogeographie Floren- und Faunenreiche Nenne die unterschiedlichen Floren- und Faunenreiche sowie die Gebiete, die sie umfassen. Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

16. Biogeographie Biodiversität - Begriffe Was ist Speziation? • Die Neubildung von Arten • Allopatrisch: Aufspaltung einer Art in zwei oder mehrere • Arten durch räumliche Trennung (Isolation). • Peripatrisch: Am Rand eines Verbreitungsgebietes lebende • Population wird zunehmend isoliert und entwickelt • sich unterschiedlich weiter. • Parapatrisch: Aneinander grenzende Populationen einer Art • entwickeln sich unterschiedlich weiter. • Sympatrisch: Gemeinsam in einem Gebiet vorkommende • Populationen einer Art entwickeln sich • unterschiedlich 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) Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

17. Biogeographie Biodiversität /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 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

18. Biogeographie Biodiversität /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! Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

19. Biogeographie Arealkunde / 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 den • nördlichen Kalkalpen sowie Pandabären in China Wetzel 2008 Zierbelkiefer Gürteltier Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

20. Biogeographie Endemismus Wie entstehen endemische Arten? • Relikttheorie • Ehemals größere Verbreitung • Reduzierung z.B. durch Umweltveränderungenoder Konkurrenz • Reliktendemiten(Paläoendemiten) • Ausbreitungstheorie • „junge“ neu entstandene Arten • noch keine weitere Ausbreitung • Neoendemiten Nenne Beispiele. wikipedia Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare wikipedia

21. Biogeographie Relikte 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 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

22. Biogeographie AktotertiäreReliktflora Was bezeichnet man als arktotertiäreReliktflora? • 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 orientiert • keine Hindernisse für eine Südverlagerung der Vegetationszonen AWI Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

23. Biogeographie Vikarianz / Konvergenz Wetzel 2008 aus Burga et.al 2004 Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

24. Biogeographie Arealkunde / Verbreitung Schröder 1998 Wodurch werden Areale begrenzt? Wie werden sich ausweitende und schrumpfende Areale bezeichnet? Progressive und regressive Areale Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

25. Biogeographie Sukzession 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 Wetzel 2008 (nach Schröder 1998) Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

26. Biogeographie Höhenstufen 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) Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

27. Biogeographie 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 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

28. Biogeographie Absolute 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 Schweingruber 1983 FU Berlin FU Berlin Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

29. Biogeographie Radiometrische 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 konstant • Korrektur und Kalibrierung nötig: 14C-Alter cal BP • Verunreinigungen des Probenmaterials verfälschen das Ergebnis Berner, Streif2000 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

30. Biogeographie Relative 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 archäologischer • Methoden. Ist in Gebieten mit großem Fundreichtum möglich. Wetzel 2008 Wetzel 2008 Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

31. Biogeographie Die Entwicklung des Lebens Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

32. Biogeographie Die 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 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

33. Biogeographie Die Entwicklung seit der letzten Eiszeit Nenne die Waldfolge in Europa im Holozän und die verschiedenen Einflussfaktoren: Ausbreitungs geschwindigkeit Ausbreitungs Strategie / Wanderungs routen  Birke  Kiefer Konkurrenz Wettbewerb  Eiche/Ulme  Buche Lage der Refugial gebiete Klima Pedogenese Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

34. Biogeographie Übungsfragen 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 Vegetationskomplexen • in Biotopen, die unter einheitlichen Standortbedingungen • gedeiht, wie z.B. die Baum- oder Krautschicht in Wäldern Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

35. Biogeographie Zonale 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 Verbreitungsgebietes kleinräumig unter lokal besonderen klimatischen und edaphischen Verhältnissen auftritt (z.B. wärmeliebende Flaumeichenwälder am Kaiserstuhl, obwohl zonal eigentlich im Mittelmeerraum verbreitet). Azonale Vegetation: Vegetation, die keine großflächige zonale Verbreitung aufweist und deren Vorkommen nicht klimatisch sondern bodenökologisch-edaphisch bedingt ist (z.B. Salzwiesenvegetation oder Hochmoorvegetation). Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare

36. Biogeographie Grundbegriffe Population • Archäophyten • Alteinwanderer, die sich seit dem beginn des Ackerbaus • ausgebreitet haben • Neophyten • Einwanderer (Neueinwanderer), die seit der Entdeckung • Amerikas bei uns bewusst oder unbewusst eingeschleppt wurden • Indigen • werden die Arten bezeichnet, die sich ohne menschliche Einflüsse in einem Raum gebildet oder neu ausgebreitet haben Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare