Geoökosystem: Geofaktoren und Wirkungen verstehen

Ein System besteht aus Teilen, die miteinander verbunden sind. In einem Ökosystem wirken Lebewesen und unbelebte Teile ihrer Umgebung zusammen. Zu den Lebewesen gehören etwa Pflanzen und Tiere. Unbelebt sind zum Beispiel Wasser, Boden und Gestein.

Für die Unterscheidung folgen wir hier der Betrachtungsweise des Schülerlexikons Lernhelfer: Das gesamte Ökosystem umfasst die belebten und unbelebten Teile mit ihren Beziehungen. Das Geosystem bezeichnet seinen unbelebten Teil. Das Biosystem bezeichnet seinen belebten Teil. Beim Geoökosystem richtet sich der Blick vor allem auf die unbelebten Teile, bezieht aber ihre Beziehungen zu Lebewesen ein. Pflanzen nehmen beispielsweise Wasser aus dem Boden auf. Ein Geoökosystem ist daher kein Geosystem ohne Lebewesen.

Das Lexikon der Geowissenschaften beschreibt ein Geoökosystem als einen wirklichen Raumausschnitt mit zusammenwirkenden belebten und unbelebten Teilen. Es ist offen: Stoffe und Energie können seine Grenze überschreiten. Stoffe sind hier zum Beispiel Wasser und Luft. Energie ermöglicht Veränderungen, etwa die Erwärmung von Wasser. Regen bringt Wasser hinein, abfließendes Wasser verlässt den Raum und Sonnenlicht liefert Energie. Die Vorgänge verändern sich und können sich gegenseitig ausgleichen. Daraus folgt keine Garantie, dass jede Störung ausgeglichen wird.

Ein Geofaktor ist ein natürlicher Bestandteil oder eine natürliche Eigenschaft eines Raumes, etwa Boden, Wasser, Bewuchs oder die Neigung des Geländes. Bewuchs meint die dort wachsenden Pflanzen. Die Geländeneigung beschreibt, wie steil das Gelände ist. Gesellschaftliche Faktoren entstehen durch menschliches Handeln, etwa durch Straßenbau oder Landwirtschaft. Sie greifen in die natürlichen Beziehungen ein.

Ein Einzugsgebiet ist das Gebiet, aus dem Wasser in dasselbe Gewässer gelangt. Dort kann Regenwasser verdunsten, vorübergehend auf Pflanzen oder in Mulden bleiben oder in den Boden eindringen. Dieses Eindringen heißt Versickerung. Ein anderer Teil fließt über die Oberfläche ab. Wasser kann das Gewässer außerdem durch den Boden und aus dem Grundwasser erreichen. Grundwasser ist Wasser unter der Erdoberfläche, das zusammenhängende Hohlräume im Untergrund vollständig ausfüllt.

Versiegelung bedeutet, dass eine Fläche etwa durch Asphalt weitgehend wasserdicht bedeckt wird. Dort kann weniger Regenwasser in den Boden gelangen. Auch Verdichtung, also das Zusammenpressen des Bodens, kann seine Wasseraufnahme einschränken. Unter sonst vergleichbaren Bedingungen kann dadurch mehr Wasser oberflächlich abfließen. Ist der Boden bereits mit Wasser gesättigt, kann er kaum weiteres Wasser aufnehmen. Auch gefrorener Boden kann die Versickerung stark einschränken.

Ein Wirkungspfeil verbindet eine Veränderung mit ihrer möglichen Folge. Beschrifte ihn mit der Wirkung und nenne die Bedingungen. Ein Modell ist eine vereinfachte Darstellung ausgewählter Beziehungen. Die Erklärung des Umweltbundesamtes von Oktober 2011 betont: Bodennutzung, Bewuchs, Versiegelung und Anlagen zum Ableiten von Wasser können vor allem in kleinen Einzugsgebieten und bei kleinen Hochwassern bedeutsam sein. Hochwasser bedeutet einen stark erhöhten Wasserstand eines Gewässers. Die Bedeutung der einzelnen Faktoren muss im jeweiligen Raum geprüft werden.

Eine Wirkungskette führt von einer Veränderung über weitere Veränderungen zu einer Folge. Bei einer Rückkopplung wirkt diese Folge auf die Ausgangsgröße zurück. Die Wirkung bildet also eine geschlossene Schleife. Eine Kette von Versiegelung über weniger Versickerung zu mehr Abfluss enthält für sich noch keinen solchen Rückweg.

Eine positive Rückkopplung verstärkt die Ausgangsänderung. Positiv bedeutet hier verstärkend, nicht gut. Die Rückkopplung zwischen Eisfläche und zurückgeworfenem Sonnenlicht ist ein Beispiel: Wächst unter passenden Bedingungen eine Eisfläche, wird mehr Sonnenlicht zurückgeworfen. Das kann die Abkühlung verstärken und weiteres Eiswachstum begünstigen. Die Folge wirkt damit auf die Eisfläche zurück. Diese Erklärung setzt voraus, dass sich die Eisfläche verändern kann.

Eine negative Rückkopplung schwächt die Ausgangsänderung ab. Negativ bedeutet hier abschwächend, nicht schlecht. Entscheidend ist bei beiden Arten die Wirkung auf die ursprüngliche Veränderung, nicht die Zahl der Schritte.

Beobachtest du mehr Abfluss, ist damit noch keine Ursache bewiesen. Neben veränderter Bodennutzung kommen beispielsweise stärkerer Regen, vorherige Wassersättigung oder gefrorener Boden infrage. Prüfe deshalb Regen, vorherigen Bodenzustand und menschliche Eingriffe gemeinsam. Vergleiche möglichst Fälle mit ähnlichen übrigen Bedingungen. Bleiben mehrere mögliche Ursachen offen, musst du diese Unsicherheit nennen.

Beim Übertragen nutzt du eine bekannte Beziehung als begründete Vermutung für einen anderen Raum. Übernimm zunächst die Erklärung, etwa: Eine wasserdichte Bodenbedeckung schränkt die Versickerung auf dieser Fläche ein. Prüfe dann, ob die Voraussetzungen im neuen Raum passen. Ein Wirkungsgefüge liefert ohne passende Angaben keine genaue Abflussmenge.

Vergleiche dafür Regen, Bodenart, vorherige Bodenfeuchte, Bewuchs, Geländeneigung und menschliche Eingriffe. Gleicher Regen bedeutet nicht automatisch gleichen Abfluss. Ein bereits gesättigter oder gefrorener Boden nimmt auch ohne zusätzliche Versiegelung wenig Wasser auf. Deshalb kann ein zusätzlicher Eingriff je nach Ausgangszustand unterschiedlich stark wirken.

Beachte außerdem die Größe des Einzugsgebiets und des Hochwassers. Die besondere Bedeutung der Bodennutzung in kleinen Einzugsgebieten und bei kleinen Hochwassern lässt sich nicht ungeprüft auf einen großen Fluss übertragen. Daraus folgt aber auch keine Wirkungslosigkeit der Bodennutzung an großen Flüssen. Ebenso lässt sich die Rückkopplung zwischen Eisfläche und zurückgeworfenem Sonnenlicht nicht auf einen Raum ohne veränderliche Eisfläche übertragen.

Formuliere dein Ergebnis mit seiner Grenze: Welche Beziehung erscheint übertragbar? Welche Bedingungen unterscheiden sich? Welche Angaben fehlen? So trennst du eine begründete Vermutung von einer bereits überprüften Erklärung.