In diesem Blog teilen Studierende der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg gemeinsam mit Armin Lude und Steffen Schaal (Professoren für Biologie und ihre Didaktik) ihre Überlegungen zum Lernen und Lehren von Biologie.
Sonntag, 26. August 2018
Alles Leben kommt aus dem Wasser - das Ökosystem "Ozean"
Liebe Leserinnen und Leser,
Ökosysteme sind das Zusammenspiel von vielen unterschiedlichen Bereichen. Genau damit befasst sich der nachfolgende Blogbeitrag. Die Gesichtspunkte „offene Systeme“, „Nahrungsbeziehungen“ und „Veränderung und Stabilität“ werden zuerst allgemein beleuchtet und anschließend an dem Beispiel „Ökosystem Ozean“ anschaulich gemacht. Drei Unterrichtsbeispiele geben einen praktischen Einblick in die Vielfalt an didaktischen Möglichkeiten von dem Ökosystem „Ozean“.
Viel Spaß beim Lesen wünschen Tecla, Jessica und Hannah
Warum fasziniert uns Menschen das Meer so sehr?
Wie wir alle bereits wissen, stammt alles Leben aus dem Wasser. Doch das Meer ist nicht nur Lebensspender der Vergangenheit, sondern genauso von zentraler Bedeutung für die Gegenwart und Zukunft. Tatsache ist, dass das Meer einer immensen Anzahl und Vielfalt an Lebewesen ein Zuhause bietet - angefangen mit mikroskopisch kleinen einzelligen Pflanzen bis hin zu den größten lebenden Tieren. Doch das Meer ermöglicht Leben nicht nur unter der Wasseroberfläche, sondern hat auf alle andere Lebensräume auf der Welt direkten Einfluss.
Ökosystem Meer
Das Meer an sich kann als ein großes, dynamisches Ökosystem betrachtet werden. Allerdings gibt es in diesem Ökosystem viele weitere, eigenständige Ökosysteme, wie beispielsweise zahlreiche tropische Korallenriffe, raue Küstengewässer und eben auch das offene Meer – die Ozeane.
Was macht den Ozean zum Ökosystem?
Um dieser Frage eine genaue Antwort geben zu können, sollte zuerst geklärt werden, was überhaupt ein Ökosystem ist.
Definition - Ökosystem
Ein Ökosystem ist ein Beziehungsgefüge zwischen der Biozönose und dem Biotop. Das Biotop ist der jeweilige unbelebte Lebensraum und setzt sich aus den abiotischen Faktoren, z.B. der Temperatur zusammen. Alle Organismen dieses Lebensraumes stehen untereinander in vielfältigen Wechselwirkungen und bilden als biotische Umwelt eine Lebensgemeinschaft, die Biozönose.
Alle Ökosysteme sind offene Systeme
Ein System bezeichnet man als „offen“, wenn über die Systemgrenzen sowohl ein Energie-, als auch ein Materietransport stattfindet. Sprich, alle Lebensräume, biologischen Systeme und Verbände, die mit ihrer Umwelt einen Austausch von Stoffen und Energie, wie beispielsweise Wärme, aufweisen, sind offen. Deshalb ist jedes Ökosystem ein offenes System.
Die Frage ist nun, was sind Systemgrenzen von Ökosystem, wenn doch alles offen ist und miteinander in Wechselwirkung steht?
Ökosysteme sind nicht immer räumlich voneinander getrennt, wie beispielsweise ein Bergsee von der umgebenden Gebirgslandschaft oder ein Waldstück mit einem festen Waldrand.
Aus diesem Grund sind Ökosysteme generell durch ihre jeweiligen, spezifischen Stoff- und Energiekreisläufe festgelegt. Wenn eine Gemeinschaft von Organismen mit den in diesem Lebensraum vorherrschenden abiotischen Bedingungen fähig ist, die Stoffkreisläufe dieses offenen Systems aufrecht zu erhalten, dann spricht man von einem funktionierenden Ökosystem. Andere biotische oder abiotische Gegebenheiten weisen daher auf ein benachbartes Ökosystem hin.
Der Ozean – ein offenes System
Durch zahlreiche Wechselwirkungen tauscht das Meer mehr Materie und Energie mit der direkten und indirekten Umgebung aus, als irgendein anderes Ökosystem auf der Erde. Die vier wesentlichen Faktoren sollen das verdeutlichen:
1) Klimaregulierung
Wasser hat eine hohe Wärmekapazität. Das heißt, dass eine vergleichsweise große Menge an Wärme benötigt wird, um eine bestimmte Menge Wasser um 1°C zu erwärmen. Das Meer besitzt demnach die Fähigkeit, die Strahlungsenergie von der Sonne in Form von Wärmeenergie über lange Zeit zu speichern, ohne selbst übermäßig erwärmt zu werden. Dieser Energievorrat wird im Sommer sozusagen aufgefüllt und im Winter langsam und gleichmäßig wieder abgegeben. Die Ozeane sind somit der Hauptklimaregulator unserer Erde, denn nur durch diese Wärmeaufnahme und –abgabe lassen die Temperaturen auf unserem Planeten Leben zu und Temperaturschwankungen werden stark durch die Weltmeere ausgeglichen.
2) Meeresströmungen
Ein anderer Aspekt des Weltklimas ist die Verteilung der Wärmeenergie und den damit verbundenen Nährstoffen in der ganzen Welt. Und zwar geschieht das durch Strömungen. Solche Ströme wie der Golfstrom lassen zu, dass in einer eher nördlichen Region wie England Palmen wachsen oder dass Fluten von nährstoffreichem, warmen Wasser in nährstoffärmere, kältere Gebiete gebracht werden und die dortige Flora und Fauna versorgen. Bedingt durch die Menge an Sonneneinstrahlung und durch die Süßwasserzufuhr von Flüssen verändern sich die Temperatur und der Salzgehalt in verschiedenen Gebieten der Weltmeere. Dadurch entstehen Meeresströmungen, die warmes und kaltes Meereswasser um unseren Planeten strömen lassen. Warmes Wasser hält sich an der Meeresoberfläche, kälteres, salzhaltigeres und somit schwereres Wasser sinkt auf tiefere Ebenen im Wasser ab, sodass ein reger Austausch der Wassermengen über den gesamten Planeten gewährleistet ist.
3) Gasaustausch
Es werden circa 70% des Sauerstoffs auf der Erde im Meer gebildet und rund 30% der CO2-Emissionen von den Ozeanen aufgenommen. Dieser dynamische Gasaustausch ermöglicht das Leben auf unserem Planeten, so wie wir es kennen. Zudem wird durch diesen Stofftransport viel menschliches Verschulden bspw. in Form von Emissionen ausgeglichen und der daraus resultierende Treibhauseffekt vermindert.
4) Wasserkreislauf
Die Sonneneinstrahlung bewirkt, dass große Wassermengen aus den Ozeanen verdunsten und als Wasserdampf in die Luft gelangen. Durch die dortigen kühleren Temperaturen kondensiert der Wasserdampf aus und es entstehen Wassertropfen, aus denen die Wolken bestehen. Wenn sich genügend flüssiges Wasser angesammelt hat, dann ist dieses Wasser zu schwer und fällt als Niederschlag aus. Diese Niederschläge waschen zum einen Schadstoffe und andere Stoffe aus unserer Luft, zum anderen versorgen sie die Natur mit lebensnotwendigem Wasser und speisen Flüsse und Seen mit Wasserzufuhr.
Nahrungsbeziehungen allgemein
Alle Lebewesen besitzen einen Stoffwechsel. Das heißt, es wird Nahrung aufgenommen, verwertet und unverwertbare Stoffe ausgeschieden. Anhand der Ernährungsweisen lassen sich alle Lebewesen der Biozönose in drei Hauptgruppen gliedern:
Produzenten, Konsumenten und Destruenten
Produzenten leben „autotroph“. Das bedeutet, sie stellen die Substanzen, die für den körper-eigenen Stoffkreislauf notwendig sind, rein aus anorganischem Material selbst her. Zudem verwendet der Großteil der Produzenten Licht als Energiequelle mit Hilfe von Photosynthese.
Alle Konsumenten leben heterotroph. Somit benötigen sie für ihre Nährstoffquelle bereits existentes organisches Material. Allerdings unterscheiden sich die Konsumenten untereinander wiederum darin, ob sie sich von Produzenten ernähren und zu den Primärkonsumenten zählen, oder ob sie ihre Versorgung mit anderen Konsumenten bewerkstelligen. Diese Lebewesen nennt man dann Sekundär- oder sogar Tertiärkonsumenten.
Bis jetzt haben wir Organismen, die anorganisches Material in organisches umwandeln und welche, die organische Stoffe zu andere organische Substanzen verwerten. Den Kreislauf schließen somit die Destruenten, die wiederum organische Stoffe aufnehmen und anorganische produzieren.
Nahrungskreisläufe sind so aufgebaut, dass eine bestimmte Abfolge besteht. Ein Organismus ist abhängig von einem anderen. Dadurch entsteht das Bild eines Zyklus. Allerdings findet man dieses einfache Konzept in der Natur nicht ganz so vor. Destruenten stehen nicht nur allgemein hinter Konsumenten, sondern bauen sowohl organisches Material von Produzenten, wie auch von anderen Destruenten ab. Außerdem ernähren sich viele Konsumenten allesfressend, weshalb sie ebenso Produzenten, wie Konsumenten verzehren. Die Nahrungsbeziehungen sind demnach so komplex, sodass aus den Nahrungskreisläufen Nahrungsnetze werden.
Nahrungsbeziehungen im Ozean
Im Grunde baut sich jedes System gleich auf, nur die Ausprägung der größten Konsumenten unter-scheidet sich voneinander. Der wichtigste aquatische Produzent ist das pflanzliche Plankton. Diese Lebewesen, auch Phytoplankton genannt, sind mit 92% der Primärproduktion der Ausgangspunkt des maritimen Ökosystems. Diese meist zu den Algen gehörenden Mikroorganismen gewinnen durch Photosynthese ihre Energie. Das Phytoplankton dient unter anderem dem tierischen Plankton, z.B. Krill, als Nahrungsquelle. Diese zwei Plankton Arten sind essenziell für das komplette Ökosystem des Meeres.
Nicht nur, dass sie als scheinbar unerschöpfliche Nahrungsquelle für weitere Tierarten dienen, das Phytoplankton produziert auch bis zu 80% unseres Sauerstoffs. Tierisches Plankton dient wiederum kleinen Fischarten, zum Beispiel Sardinen, als Nahrung. Von diesem Sekundärkonsument ernähren sich dann größere Fischarten wie Makrelen. Daran schließen sich die großen Raubfische, unter anderem Haie. Spitzenjäger wie Schwertwale oder weiße Haie stehen ebenso an dem Ende der Nahrungskette wie Mantarochen und Blauwale, obwohl sich letztere direkt vom tierischen Plankton ernähren. Dass solch großen Tiere ihr Versorgung mit diesen kleinsten Primärkonsumenten gestalten, zeigt schon, wie komplex die Nahrungsnetze im Ökosystem Ozean angeordnet sind. Die Verflechtungen vom offenen Meer mit angrenzenden Ökosystemen wie Korallenriffen oder der oberen Tiefsee lassen sogar noch weitaus mehr Nahrungsbeziehungen zu. Alles Leben ist vernetzt und Teil eines großen Ganzen.
Veränderung und Stabilität
Ökosysteme verändern sich – kurzfristig und langfristig. Dadurch, dass es sich um offene Systeme handelt, gibt es bei Ökosystemen keinen festen Zustand. Sie sind dynamisch und unterliegen einer immerwährenden Veränderung. Allerdings kann ein Mittelwert, eine Art Gleichgewicht, beispielsweise von Populationsgrößen, betrachtet werden, um welchen das System schwankt. Solche Veränderungen sind kurzfristig und bedrohen das Ökosystem nicht. Wenn sich aber das Gleichgewicht ändert durch äußere Einflüsse, dann kann das zu Problemen für die Organismen führen. Abhängig von seiner Größe kann ein Ökosystem solche Änderungen ausgleichen.
Zur Veranschaulichung: nimmt man ein Glas Wasser und gibt einen Tropfen Tinte dazu, färbt sich das Wasser blau. Ein Tropfen Tinte in einer vollen Badewanne ist allerdings nicht mehr sichtbar. Demnach ist ein Ökosystem umso stabiler, je größer es ist.
Nahrungsnetze beispielsweise sind auch deshalb so komplex aufgebaut, da es durch die verschiedensten Einflüsse, egal ob biotisch oder abiotisch, zum Aussterben von Arten kommen kann. Wenn die einzelnen Spezies nur von einer einzigen anderen Art in ihrer Ernährung abhängig wären, und genau diese Art dann aussterben würde, hätte das ein umfassendes Massenaussterben zur Folge. Um genau solchen Artenschwund abfedern zu können, sind die Spezies nicht nur auf eine einzige Nahrungsquelle spezialisiert, sodass die Biodiversität nur bedingt darunter leiden würde. Natürlich kann das Artensterben nicht endlos ausgeglichen werden und jeder Artenschwund hat massive Auswirkungen auf alle anderen Lebewesen, egal ob sie direkt oder indirekt davon betroffen sind.
Sich verändernde Faktoren
pH-Wert
Die Artenvielfallt ist aber auch durch die Übersäuerung der Weltmeere gefährdet. Wasser kann nämlich Kohlenstoffdioxid aus der Luft lösen. Um das näher zu erläutern müssen wir unsere Luft etwas genauer betrachten. Diese ist ein Gemisch und besteht im Wesentlichen aus Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2). Kohlenstoffdioxid (CO2) ist demnach nur in Spuren vorhanden, spielt aber bei der Berücksichtigung des Klimawandels eine eklatante Rolle.
Wie aber gelangt das Kohlenstoffdioxid ins Wasser und somit in unser Meer?Durch den Regen.
Demnach haben wir eine Phase, in der Kohlenstoffdioxid und Wasser gemeinsam vorkommen, und zwar in der Luft. In der Luft kondensiert der Wasserdampf zu Wassertröpfchen aus. Das flüssige Wasser löst das gasförmige CO2und reagiert gemeinsam zu Kohlensäure (H2CO3). Diese gelangt dann mit dem Regen ins Meer. In einem intakten Ökosystem ist dieser Vorgang ein ganz natürlicher Kreislauf und für im Meer vorkommenden Pflanzen notwendig, um Photosynthese zu betreiben – dadurch wird die CO2-Zufuhr gewährleistet. Das Meer ist groß genug, um die Zufuhr an Säure auszugleichen. Leider ist seit der Industrialisierung der CO2– Gehalt in der Luft um mindestens 40% gestiegen. Daraus resultiert, dass mehr Kohlensäure im Regen enthalten ist und der Regen sauer wird
Regen hat bei einem verhältnismäßig normalem CO2-Gehalt in der Atmosphäre einen pH-Wert von 5,5 – 5,7. Zum Vergleich, der pH-Wert unserer Haut liegt auch in diesem Bereich. Von saurem Regen spricht man, wenn der pH-Wert unter 5,5 sinkt.
Eine pH-Wert – Änderung bei der Nachkommastelle klingt nach nicht besonders viel. Allerdings steckt in dem pH-Wert die mathematische Umrechnung des entsprechenden Säuregehalts. Das heißt, dass z.B. bei einem pH-Wert von 4,5 der Säuregehalt 10mal so hoch ist wie bei einem pH von 5,5. Es wurden Niederschläge mit pH-Werten von bis zu 4,0 gemessen. Dementsprechend wird die Natur im Extremfall mit der 50fachen Menge an Säure belastet. Da die Anzahl an sauren Niederschlägen weit über dem Toleranzbereich liegt, kann das Meer Meer diese vermehrte Säurezufuhr dauerhaft nicht ausgleichen und versauert als Langzeitfolge. Die Folgen sind jetzt schon sichtbar. Lebewesen die eine kalkhaltige Hülle mit Haftfäden, wie Muscheln, oder ein kalkhaltiges Skelett bilden, wie Korallen, werden von dem sauren Milieu geschädigt. Sie sind nicht mehr robust genug und halten den Gezeiten nicht mehr stand, werden davon gespült oder schaffen es erst gar nicht, sich auszubilden. Das Resultat ist, dass Riffe komplett absterben und größeren Meerestieren eine wichtige Lebensgrundlage, die Nahrung, genommen wird. Aber auch Stoffwechselvorgänge werden gestört durch den zu niedrigen pH-Wert. Die Photosynthese von dem Phytoplankton wird verlangsamt. Es herrscht Nahrungsknappheit. Fein abgestimmte Lebensräume für viele Unterwasserbewohner gehen meist unwiederbringlich verloren.
Temperatur
Leider ist seit einiger Zeit ein gefährlicher Trend zu beobachten. Durch das ständig steigende Weltklima erwärmen sich auch die Meere. Jedes Lebewesen hat eine gewisse Temperatur-toleranz, die es ihm ermöglicht, selbst bei schwankenden Temperaturen den Lebens-wohnraum nicht verlassen zu müssen. Bei dauerhaften Veränderungen der durchschnittlichen Meerestemperatur sind vor allem die Mikroorganismen in der Lage, sich schnell neuen Lebensumständen anzupassen. Da aber das Klima viel zu rapide steigt, haben selbst diese Lebewesen nicht die Zeit, sich an die neuen Umstände anzupassen. Das führt dazu, dass der Planktonbestand immer weiter schrumpft. Spezies, sofern mobil, finden keine Nahrung mehr und sind gezwungen, ihren Lebensraum aufzugeben und umzusiedeln, wobei sie mit anderen Arten konkurrieren müssen oder sogar das Risiko eingehen, sich in die Nähe von gefährlichen Fressfeinden zu begeben. Bei Lebewesen, die vermeintlich optimal an ihre Umgebung angepasst oder auch immobil sind, führt der akute Nahrungsmangel im schlimmsten Fall zum Tode. Wenn dies passiert, können ganze Landstriche unter Wasser aussterben und verwaisen.
Verschmutzung
Dies ist wohl das populärste Problem sowohl im Meer, als auch an Land. Der vermeintliche Vorteil von fließenden Gewässern, die immer im Meer münden, ist, dass sie Unrat direkt mittransportieren und wegschaffen. Man könnte auch dazu sagen – aus den Augen aus dem Sinn. Der schwimmende Abfall bildet im offenen Meer durch Strömungen regelrechte Inseln. Die größte und bekannteste Müllinsel ist die Great Pacific Garbage Patch, welche mehrere tausend Quadratmeter umfasst und mehr als zweimal so groß wie Texas ist.
Der problematischste Abfall ist das Plastik. Der meiste Plastikabfall stammt zum größten Teil vom Landesinneren. Aber auch Schiffe hinterlassen einen Großteil ihres Plastikmülls im Meer während ihrer Schifffahrtswege. Schon 1997 ging man davon aus, dass sich über 6,4 Millionen Tonnen Plastik im Meer verteilt haben, die Menge steigt stetig weiter. Meeresbewohner, die sich von Kleinstlebewesen ernähren, fressen fälschlicherweise die Plastikpartikel. Plastiktüten werden verschluckt, da sie aussehen wie Quallen, die Brut von Seevögeln werden mit Kleinteilen gefüttert – sie alle verhungern bei vollen Mägen unter starken Schmerzen. Lebewesen verfangen sich in ausgedienten Netzen oder Folien. Das kann sie bewegungsunfähig machen und führt dazu, dass sie ersticken oder ertrinken. Durch UV-Strahlen und Gezeiten zersetzt sich der Plastikabfall und rieselt durch das Meer, wodurch so genanntes Mikroplastik entsteht.
Zudem werden Schadstoffe aus Fabriken, Massentierhaltungen oder ungeklärte Abwässer direkt ins Meer geleitet. Die gefährlichen chemischen Stoffe führen zu einem Schwanken des Hormonhaushaltes bei den Meeresbewohnern, schwächen das Immunsystem, verändern das Erbgut und führen zu Krebs. Diese durch den Menschen vergifteten Fische werden wiederum gefangen und landen auf unseren Tellern.
Außerdem entsteht eine Verschlammung und Veralgung der Meeresböden durch die ungeklärten Abwässer. Vor allem der Tourismus verursacht bei den vermeintlich einzigartigen Riffen eine Zerstörung der Unterwasserwelt. Der Profit durch die Urlauber ist somit auch nur temporär. Fehlen die Sehenswürdigkeiten, fehlen auch die Pilger.
Des Weiteren gelangt nach wie vor Erdöl ins Meer – durch Lecks in Bohrinseln, Tankern oder über andere Wege. Ölverschmutzungen sind sehr gefährlich, sowohl für die Meeresbewohner als auch für Seevögel. Schon allein ein paar Tropfen Erdöl genügen, um die isolierende Schicht des Gefieders zu zerstören. Dadurch unterkühlen die Tiere und erfrieren. Außerdem sind die Kohlenstoffverbindungen hoch giftig. Der Organismus kann sie nicht gut abbauen und sie greifen nachhaltig den Verdauungstrakt, die Atemwege und das Nervensystem an. Leider ist die Wahrscheinlichkeit an einer Ölvergiftung zu sterben überaus hoch.
Artenverschleppung
Durch die Globalisierung, den Handel und Tourismus, verbreiten sich fremde Arten in nicht ursprünglichen Lebensräumen. Aber auch durch Fischzucht werden versehentlich Tiere freigesetzt in eine Umgebung, in die sie gar nicht gehören. Natürlich gibt ihnen das Überleben recht, wenn sie es schaffen, sich erfolgreich in ein neues Ökosystem einzubringen. Doch leider führt das dazu, dass einheimische Arten von den eingeschleppten verdrängt werden. Sie vermehren sich langsamer und sind spezialisiert auf eine Nahrungsquelle, die ihnen streitig gemacht wird oder sie dienen selbst als Nahrung. Das vorherrschende Ökosystem wird gestört, die Nahrungsbeziehungen sind nicht mehr im Gleichgewicht. Das führt zu Artensterben und Meeresverschmutzung, da Verunreinigungen nicht mehr so effektiv umgewandelt werden können.
Einfach zu erklären ist es durch eine Veranschaulichung: Umso unspezifischer ein Organismus ist, umso eher überlebt dieser in einer im fremden Umgebung. Dabei deckt er nicht alle aufkommenden Aufgaben des neuen Habitus ab und stört dadurch wiederrum andere Kreisläufe.
Aber es werden nicht nur neue Arten verschleppt, sondern auch Krankheitserreger oder Parasiten. Diese gefährden ganze Fischbestände und können sogar auf uns Menschen übertragen werden.
Überfischung
Wenn es Fangquoten gibt, werden diese mit aller Wahrscheinlichkeit nicht eingehalten. Das Fehlen von härteren Strafen verleitet dazu, nur an den Profit zu denken. Dabei werden Fische, deren Bestand immer geringer wird, immer höher gehandelt. Das hat katastrophale Folgen für das Ökosystem. Karnivoren finden keine Nahrung mehr, Arten werden während ihrer Brutzeit gefischt und man lässt dem System keine Zeit mehr, sich zu erholen. Bei der Industriefischerei werden Schleppnetze eingesetzt, die den Lebensraum der Unterwasserwelt dauerhaft zerstören. Außerdem ist der Beifang von unerwünschten Fischen enorm hoch. Des Weiteren führt das Abfischen wichtiger Karnivoren zu gefährlichen Algen- als auch Quallenplagen. Wir erleben jetzt schon die Folgen, wenn wir im Urlaub nicht im Meer baden dürfen, aufgrund eben dieser gefährlichen Quallen. Diese ernähren sich zu allem Überfluss gerne von der Brut mancher Fischarten.
Gravierende Folgen
Diese Faktoren und viele mehr werden dazu führen, dass das Ökosystem Ozean kollabieren wird. Drastische Veränderungen sind unabdingbar, um schlimmeres aufzuhalten. Nicht nur wegen der beeindruckenden Artenvielfallt ist das System schützenswert, sondern auch wegen den gravierenden Auswirkungen für den Menschen. Der Meeresspiegel steigt stetig, nicht nur aufgrund des Abschmelzens von Süßwasserspeichern, sondern auch durch die Expansion des Wassers aufgrund der wärmeren Temperaturen. Das führt dazu, dass ganze Landstriche im Meer versinken. In den nächsten 100 Jahren rechnet man mit einem Meeresspiegelanstieg von rund 1,50 Metern.
Zudem dient das Meer als Regulierung des Weltklimas, als Wasservorrat und Nahrungsreservoir. Verschwinden Speisefische aus den Gewässern, droht vielen Menschen Hunger. Nicht nur wegen dem Nahrungsmangel, sondern auch weil ihre Arbeitsplätze gefährdet werden. Sie leben in einer Symbiose mit den Erzeugnissen aus dem Meer.
Übrigens ist das Meer so gut wie unerforscht. Durch die große Fläche, aber auch wegen manchen Ortes, unglaublichen Tiefen. Dadurch verschwinden manche Spezies ohne, dass sie vom Menschen überhaupt erst wahrgenommen wurden. Wiederum besteht ein gewisses Risiko, was in den unerforschten Tiefen des Meeres verborgen liegt. Hierzu betrachten wir die enormen Vorkommnisse von komprimierten und gefrorenem Methanhydrats am Meeresgrund. Verändert sich weiter die Temperatur und der Druck auf diese schmutzig weißen Klumpen, entweicht dieses Gas aus dem Meer in die Atmosphäre. Die Folge: Methan würde frei werden. Das Molekül erwärmt die Erde bis zu 25-mal stärker als Kohlenstoffdioxid. Ist einmal eine große Menge an Methan frei, führt das unweigerlich zu einer Kettenreaktion auf der gesamten Welt, die sich nicht mehr stoppen lässt.
Ökosystem „Ozean“ im Unterricht
Die Beschäftigung mit Ökosystemen legt den wichtigen theoretischen Grundbaustein dafür, dass die Schülerinnen und Schüler ihre Umwelt verstehen und die Abläufe in dieser erkennen und nachvollziehen können. Es wird angesprochen, warum das Erhalten der Ökosysteme so wichtig für unsere Welt – gegenwärtig und zukünftig – ist. Die vielen Kreisläufe, bspw. der Wasserkreislauf oder der Nahrungskreislauf, zeigen, wie vernetzt unser gesamter Planet ist.
Genau das Erlangen dieses Bewusstseins ist die Grundlage für nachhaltiges Denken und Handeln. Denn dadurch wird die Frage nach dem „Warum soll ich das machen?“ geklärt. Die SuS begreifen, dass sie selbst Teil eines großen Ganzen sind und dass ihre Handlungen und ihr Leben die Welt beeinflussen und Unterschiede bewirken können.
Die in dem Beitrag genannten Aspekte zeigen schon, wie komplex das Thema ist und auf was man im Unterricht alles eingehen kann/soll. Die enorme Bandbreite an Gesichtspunkten bietet aber auch viele verschiedene Möglichkeiten zur abwechslungsreichen Unterrichtsgestaltung. Drei Unterrichtsbeispiele mit dem Großthema „Ökosystem Ozean“ wollen wir nun vorstellen.
Die lange Reise der Wassertropfen um die Erde – die Meeresströmungen
Die Ziele der Unterrichtseinheit „Meeresströmungen“ sind
· Die Erkenntnis, dass …
… Meeresströmungen wesentlich zur Regulierung des Weltklimas beitragen
… die Strömungen ein globales Förderband bilden
· Die Fähigkeit …
… zu erklären, wie Meeresströmungen zustande kommen
… zu beschreiben, was die Unterschiede zwischen Oberflächen- und Tiefenströmung sind
Die sogenannte thermohaline Zirkulation lässt sich sehr gut anhand einer entsprechenden Grafik erläutern. Eine solche Grafik eignet sich, um bspw. bei England zu starten und dann mit der Strömung gehend die Phänomene zu beschreiben, die die Strömung aufweist, bspw. ob die Meeresströmung kaltes oder warmes Wasser mit sich führt. Die SuS bekommen folgenden Auftrag: Sie sollen in einem zuvor ausgeteilten Arbeitsblatt in eine Grafik mit den Kontinenten farbig einzeichnen, wie das globale Förderband aufgebaut ist. Hier ist es wichtig, dass die SuS erkennen, dass durch dieses Zirkulationssystem ein stetiger Wärmetransport geleistet wird, was wiederum Hauptgrund für das bestehende Weltklima ist.
In diesem Zusammenhang kommt zu Sprache, dass die warme Strömung Oberflächenströmung und die kalte Tiefenströmung genannt wird. Zudem sollte erklärt werden, dass die Tiefenströmung mehr Salz enthält. Gelöstes Salz erhöht die Dichte des Wassers, welches daraufhin schwerer wird und absinkt. Durch die kontinuierliche Sonneneinstrahlung an der Oberfläche verdunstet Wasser in großen Mengen, weshalb der Salzgehalt zunimmt. Das Wasser wird schwerer und sinkt ab. Die Unterschiede zwischen Oberflächen- und Tiefenströmung können in Form einer Tabelle notiert werden.
Neben dem unterschiedlichen Salzgehalt ist die Wassertemperatur noch maßgeblicher für die Entstehung von Strömung verantwortlich. Je nachdem, in welcher Klassenstufe die Unterrichtseinheit durchgeführt wird, kennen die SuS bereits, was Diffusion ist und welchen Einfluss die Dichte spielt. Entsprechend kann darauf zurückgegriffen werden. Sollte dies der Fall sein, dann sollten die SuS zuerst selbst versuchen, sich zu erklären, wie Meeresströmungen zustande kommen. Hierzu können die SuS in Partnerarbeit versuchen, die Vorgänge zu erläutern. Als Ansporn kann eine Belohnung in Form von Bonbons für richtige Lösungen verteilt werden. Im Anschluss daran sollten die korrekten Begebenheiten von der Lehrperson erläutert und in Stichworten notiert werden.
Zur Demonstration des Strömungsverhaltens von Warm- und Kaltwasser eignet sich ein Experiment. Folgende Materialien werden dafür gebraucht:
leeres Aquarium oder Glasschale, Lampe, Eisblock, Lebensmittelfarbe, Leitungswasser
Das Aquarium wird mit Wasser gefüllt. Über einer Ecke wird die Lampe aufgebaut, welche als Sonne/Wärmequelle dient. In die gegenüberliegende Ecke wird der Eisblock in das Wasser gegeben. Um die Strömungsverhältnisse sichtbar zu machen, wird zu der Wasseroberfläche der warmen Ecke Lebensmittelfarbe hinzugefügt.
Es kann beobachtet werden, dass das farbige Wasser an der Oberfläche Richtung Eisblock fließt, dann absinkt und am Aquariumsboden wieder Richtung Wärmequelle fließt, wo es aufsteigt.
Die SuS sollen dabei beobachten, was passiert und anschließend die Beobachtungen aufzeichnen und sie beschreiben. Bei älteren SuS sollte hier auf die richtige Fachsprache geachtet werden.
Bei der Interpretation sind zwei Punkte wichtig:
1) Warmes Wasser ist leichter als kaltes und ist daher näher an der Oberfläche
2) Durch die Wärmequelle, bzw. Kältequelle wird das Wasser leichter bzw. schwerer und es entsteht die Zirkulation, bzw. Strömung
Dieses Unterrichtsbeispiel wurde für eine Doppelstunde entworfen.
Wie verändern sich die Ozeane? Ist das gut?
Um den Schülerinnen und Schülern einen Einblick zu geben, in wie weit sich Ökosysteme, in unserem Beispiel das des Ozeans, modifizieren lassen, eignet sich eine Herangehensweise, in der die SuS zuerst selbst versuchen sollen, die verschiedenen Bestandteile des Systems zu nennen und wie der Mensch diese verändert. Mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit erwähnen die SuS die Überfischung und die Verschmutzung des Ökosystems. Gerne darf die/der Lehrer/in Impulse und Tipps geben, damit alle Faktoren genannt werden.
Für die im Unterricht zusammengetragenen Veränderungen des Ökosystems bietet es sich an, diese von den SuS mit entsprechenden Arbeitsaufträgen in Gruppenarbeit in der Schulstunde oder als Heimarbeit erarbeiten zu lassen und anschließend als Referate vortragen zu lassen.
Ein bedeutender Punkt ist und bleibt der globale Temperaturanstieg. Aber welche Folgen hat der Anstieg der Temperatur in unserem Meer, abgesehen von den vermeintlich offensichtlichen Aspekten?
Hierzu kann man beispielshaft einen leicht umzusetzenden Versuch mit den SuS durchführen. Dabei untersucht man das Löslichkeitsverhalten einer Süßstofftablette in Abhängigkeit der Temperatur anhand der Lösungsgeschwindigkeit.
Die Klasse wird in Gruppen aufgeteilt, wobei jede Gruppe jeweils eine andere Wassertemperatur verwendet. Das Ziel des Versuchs ist es, das komplette Lösen der Tablette, ohne diese in Bewegung zu versetzen, mit einer Stoppuhr zu messen und die Ergebnisse zu vergleichen. Schon bei der Durchführung wird sich herausstellen, dass die Gruppe mit der höchsten Wassertemperatur am schnellsten zu ihrem erwarteten Ergebnis kommt.
In einer anschließenden Diskussion der Werte sollen sich die SuS überlegen, was dieses Phänomen hervorruft und was das für unser Meer bedeutet. Hier soll gezielt darauf aufmerksam gemacht werden, dass der Mensch mancherorts ungeklärte Abwässer, gefährliche Chemieabfälle und andere Stoffe ins Meer leitet und was das, in Verbindung mit dem Versuch, für Folgen hat.
Nahrungsbeziehungen im Meer
Ein möglicher Unterrichtseinstieg in das Thema „maritime Nahrungskette/Nahrungsnetz“ ist das Einwerfen einer Frage in das Plenum. Diese könnte lauten „Wer lebt im Meer und wer frisst was im Meer?“. Die zusätzliche Herausforderung liegt darin, dass die SuS aufgefordert werden, gewisse Gemeinsamkeiten und Verbindungen zwischen dem zunächst so unterschiedlich erscheinenden Fressverhalten der Meereslebewesen zu ermitteln und wenn möglich zu versuchen, diese Interpretationen, sinnvoll zu erläutern. Alle SuS dürfen sich an der offenen Gesprächsrunde beteiligen und schon bald wird sich herauskristallisieren, dass es zwischen den Lebewesen des Meeres und deren Fressverhalten gewisse Verbindungen gibt.
Da es schwierig ist, einen konkreten Versuch im Klassenzimmer durchzuführen, kann man in diesem Fall auf einen kurzen Film zurückgreifen, welcher die Rolle der Produzenten, der Konsumenten und der Destruenten, sowie die Nahrungsbeziehungen im Meer fachgerecht darstellt. Hier eignet sich besonders der Kurzfilm „kleine Algen, große Fische – das Nahrungsnetz im Meer“, produziert vom SWR. Hier wird in einem Zeitraum von 15 Minuten kurz, effizient und didaktisch gut die wichtigsten Aspekte rund um das Thema Nahrungsbeziehungen im Meer visuell dargestellt werden.
„kleine Algen, große Fische – Das Nahrungsnetz im Meer“
Zum Anschauen des Films bitte einen Doppelklick darauf machen.
Um das Gesehene zu vertiefen, sind die SuS nach dem Film nochmals dazu aufgefordert, im Plenum zu beschreiben, welche Sachverhalte und Prozesse sie aus den gesehenen Filmszenen herausfiltern konnten. Nach einer kurzen Besprechung ist es sinnvoll, ein entsprechendes Arbeitsblatt auszuteilen, welches die SuS alleine oder in Partnerarbeit ausfüllen sollen. Die Hauptüberschriften sind schon gegeben, sie müssen an den richtigen Platz gebracht werden. Eigene Vorschläge für Beispiele der Lebewesen sind gefordert. Anschließend wird das Arbeitsplatt gemeinsam in der Klasse ausgewertet, Lücken ergänzt, Fehler korrigiert und offen gebliebene Fragen von der Lehrperson beantwortet. Eine zugehörige Hausaufgabe welche an das Thema anknüpft, könnte die Frage sein „Inwiefern greift der Mensch in die Nahrungskette/ die Nahrungsbeziehungen unserer Meere ein?“. Die SuS haben die Freiheit, sich zu Hause im Internet, in Zeitschriften oder Büchern darüber zu informieren und sollten daraufhin in der Lage sein, eine passende Antwort für die Fragestellung (ca. eine halbe Seite) zu formulieren.
Vielen Dank für eurer Interesse!
· Welche Aspekte sind eurer Meinung nach relevant zu unterrichten?
· Welche Möglichkeiten seht ihr für einen abwechslungsreichen Unterricht?
· Was haltet ihr von den Veränderungen in unseren Weltmeeren?
· Alles Humbug oder harte Realität?
· Wie wichtig ist es für euch, die Kinder und Jugendlichen unserer Gesellschaft darüber aufzuklären?
Wir sind gespannt auf eure Meinung zu dem Thema!
Quellenverzeichnis
Buchquellen
· Reece et. Al. 2016: Campbell. Biologie, 10. Aktualisierte Auflage, Hallbergmoos: Pearson Deutschland GmbH
· Kleesattel, M. 2010: Biologie. Pocket Teacher. Kompaktwissen Oberstufe, 5. Auflage, Berlin: Cornelsen Verlag
· Sadava, D. et al. 2011: Biologie. Purves, 9. Auflage, Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag
Internetquellen
· Fakten über das Meer. In: RP [Online]. URL https://rp-online.de/leben/reisen/news/fakten-ueber-das-meer_bid-8993673#1 [Stand 05.06.2018]
· Fakten über das Meer. In: RP [Online]. URL https://rp-online.de/leben/reisen/news/fakten-ueber-das-meer_bid-8993673#2 [Stand 05.06.2018]
· Die Lebensräume des Ozeans. In: Ökosystem Erde [Online]. URL: http://www.oekosystem-erde.de/html/lebensraeume.html[Stand 09.06.2018]
· Ökosystem Meer. In: Wissen.de [Online]. URL: https://www.wissen.de/oekosystem-meer-0[Stand 09.06.2018]
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· Rhythmus der Quallenplage. In: Spiegel [Online]. URL: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/plage-im-meer-quallenvermehrung-teil-eines-20-jahres-trends-a-875436.html[Stand 12.06.2018]
· Die Invasion der Quallen schreitet auch im Mittelmeer voran. In: Aargauer Zeitung [Online]. URL: https://www.aargauerzeitung.ch/leben/leben/die-invasion-der-quallen-schreitet-auch-im-mittelmeer-voran-131489153[Stand 12.06.2018]
· Die Verschmutzung der Meere. In: Naturwissenschaften unterrichten. Didaktik der Naturwissenschaften [Online]. URL: http://www.seilnacht.com/Lexikon/Meere.htm[Stand 12.06.2018]
· Welttag der Meere. Planet der Meere. In: Kids. Greenpeace [Online]. URL: https://kids.greenpeace.de/thema/meere-und-wale/planet-der-meere?type=news[Stand Stand 12.06.2018]
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· Gipfeltreffen. Wo der Mut zur Debatte fehlt. In: SpiegelOnline. Politik [Online]. URL: http://www.spiegel.de/politik/ausland/g7-gipfel-a-1212105.html[Stand: 13.06.2018]
· Nachhaltigkeit. Meer schützen. In: Meeresbürger [Online]. URL: http://www.meeresbuerger.de/meer-schuetzen/nachhaltigkeit.html[Stand: 13.06.2018]
· Plastikmüll im Meer. Hier zerstören Joghurtbecher gerade ein Riff. In: SpiegelOnline. Wissenschaft [Online]. URL: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/korallen-so-leiden-riffe-unter-plastik-muell-im-meer-a-1189636.html[Stand 14.06.2018]
· Meerespolitik. In: Lexikon der Nachhaltigkeit [Online]. URL: https://www.nachhaltigkeit.info/artikel/meerespolitik_1_1953.htm?sid=pjjfguv7th35snvl1t7rbtna36[Stand 14.06.2018]
· Plastikmüll erreicht tiefsten Punkt der Meere. Umweltverschmutzung. In: Spektrum.de [Online]. URL: https://www.spektrum.de/news/plastikmuell-erreicht-tiefsten-punkt-der-meere/1564974[Stand: 15.06.2018]
· Saurer Ozean besorgte schlimmstes Massenaussterben. Perm-Trias-Katastrophe. In: Spektrum.de [Online]. URL: https://www.spektrum.de/news/saurer-ozean-besorgte-schlimmstes-massenaussterben/1341545[Stand: 15.06.2018]
· Plastikstrudel im Pazifik wird noch größer. Umweltverschmutzung. In: Spektrum.de [Online]. URL:https://www.spektrum.de/news/plastikstrudel-im-pazifik-wird-noch-groesser/1553760[Stand: 15.06.2018]
· 3.2.3 Ökologie. In: Bildungspläne Baden-Württemberg. Ministerium für Kultus, Jugend und Sport [Online]. URL: http://www.bildungsplaene-bw.de/,Lde/LS/BP2016BW/ALLG/SEK1/BIO/IK/7-8-9/03#bplink-infolayer[3154774f]/0/ [Stand: 02.07.2018]
Bildquellen
· [1]URL:https://www.phbern.ch/fileadmin/user_upload/MOL/Seeland/Unterrichtsmaterial/Links/Link_5_-_Wasserkreislauf.pdf
· [2] URL: https://www.eqiooki.de/ecology/print/ecosystem.pdf
· [3] URL: http://www.seilnacht.com/Lexikon/Meere.htm
· [4] URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Luft#/media/File:Atmosphere_gas_proportions.svg
· [5] URL: http://www.seilnacht.com/Lexikon/pH-Wert.htm
· [6] URL: https://eu.usatoday.com/story/tech/science/2018/03/22/great-pacific-garbage-patch-grows/446405002/
· [7] URL: https://de.sott.net/article/19089-Deutschlands-Kusten-erleben-Quallenplage
Film
Dieser Beitrag wurde erstellt von Tecla Cascino, Jessica Gotzig und Hannah Sophie Müllerschön
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