Ein Ökosystem umfasst Tiere, Pflanzen, Mikroben und die sie umgebenden unbelebten Habitatkomponenten wie Wasser, Luft und Boden. Jeder lebende Organismus benötigt eine bestimmte Form der Energiegewinnung. Alle Tiere benötigen die Atmung, den Austausch von Sauerstoff gegen Kohlendioxid, um am Leben zu bleiben. Pflanzen benötigen auch Atmung und Sauerstoff, aber sie fixieren oder entfernen Kohlenstoff aus der Umwelt und produzieren lebensspendender Sauerstoff, der von Tieren verwendet wird, angetrieben durch Sonnenenergie, die sie mithilfe spezieller Organellen, genannt., gewinnen Chloroplasten. Der Netto-Ökosystemaustausch wird durch eine Formel berechnet, die zeigt, wie viel Kohlenstoff in die Umwelt gelangt und wie viel entfernt wird. Der Netto-Ökosystemaustausch wird manchmal auch als "Netto-Ökosystemproduktion" bezeichnet.
Der Kohlenstoffkreislauf
Um das Leben auf der Erde so zu erhalten, wie es jetzt ist, müssen der Kohlenstoff in der Atmosphäre und der in biologischen Organismen gebundene Kohlenstoff ausgeglichen werden. Wenn nicht, kommt es zum Klimawandel. Tiere und Menschen fügen dem Ökosystem durch einfaches Atmen mehr Kohlenstoff hinzu. Atmosphärischer Kohlenstoff wird auch durch Zerfall produziert, da tote Tiere und Pflanzenmaterial Kohlenstoff freisetzen, der in ihren Geweben gespeichert ist, und durch die Verbrennung von Bäumen, Pflanzen und fossilen Brennstoffen, wie zum Beispiel:
- Öl
- Kohle
Um diesen Effekten entgegenzuwirken, werden lebende Pflanzen als „Kohlenstoffsenken“ bezeichnet, weil sie der Umwelt Kohlendioxid entziehen und in Sauerstoff und Nahrungsenergie umwandeln.
Schlüsselfaktoren und Begriffe
Mehrere Faktoren sind erforderlich, um den Netto-Ökosystemaustausch zu bestimmen. Die erste ist die Nettoprimärproduktion, die die Nettomenge an organischem Kohlenstoff ist, die von Pflanzen aus dem Ökosystem entfernt wird. Pflanzen sind Autotrophe, was bedeutet, dass sie während eines Prozesses namens Photosynthese Nährstoffe und Energie aus anorganischen Substanzen und Sonnenlicht bilden können. Die Gesamtmenge an Kohlenstoff, die während der Photosynthese aus dem Ökosystem entfernt wird, wird als Bruttoprimärproduktion bezeichnet. Aber auch Pflanzen geben bei der Atmung Kohlenstoff ab. Daher wird die Nettoprimärproduktion berechnet, indem die von den Pflanzen während der Atmung abgegebene Kohlenstoffmenge von der während der Bruttoprimärproduktion fixierten Kohlenstoffmenge abgezogen wird.
Bestimmung des Netto-Ökosystem-Austauschs
Während Pflanzen autotroph sind, sind Menschen und Tiere heterotroph, was bedeutet, dass sie organische Nährstoffe – Nahrung – aus der Umwelt benötigen und Sauerstoff verwenden müssen, um aus verdauten Nahrungsmitteln Energie zu gewinnen. Heterotrophe Atmung produziert große Mengen an Kohlenstoff, der in das Ökosystem eingebracht wird. Daher wird der Netto-Ökosystemaustausch bestimmt, indem die Menge an Kohlenstoff, die durch heterotrophe Atmung produziert wird, von der Netto-Primärproduktion abgezogen wird.
Eigenschaften von Ökosystemen
Die Kohlenstoffbilanz ist eine grundlegende Eigenschaft, die dafür sorgt, dass Ökosysteme nachhaltig und gesund sind. Der Netto-Ökosystemaustausch hilft, das Gleichgewicht des Kohlenstoffkreislaufs abzuschätzen. Da es berechnet wird, indem von der Menge des Kohlenstoffs, die in das Ökosystem eingebracht wird, abgezogen wird, wie viel Kohlenstoff Pflanzen fixieren oder entfernen, wäre das beste Ergebnis ein negativer Wert. Daten aus den Jahren 1992 bis 2000 zeigten beispielsweise, dass Wälder im Osten der Vereinigten Staaten einen Netto-Ökosystemaustausch von -84 bis -740 hatten. Dies zeigt an, dass mehr Kohlenstoff entfernt als freigesetzt wird. Wenn Kohlenstoff nicht effizient entfernt wird, leidet die Qualität der Luft – und des Lebens – in einem Ökosystem. Andere Faktoren, die für die Kohlenstoffbilanz in einem Ökosystem zu berücksichtigen sind, sind die Verschmutzung durch Fabriken und Fahrzeuge, während Ozeane auch Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen.