ZirkelschlagArbeitsblätter / Themen A–Z / Biologie
Energiefluss & ökologische Pyramiden
Biologie · Klasse 7–9 · 6 Blätter · 75 Aufgaben
LehrplanHessen: Wechselwirkungen in Ökosystemen · Jg. 5/6Hessen: Wechselwirkungen in Ökosystemen · bis Ende Jg. 9/10Hessen: Q3.1 Strukturen und Zusammenhänge in Ökosystemen
Alles, was man braucht, um zu berechnen, wie viel Energie in einer Nahrungskette von Stufe zu Stufe ankommt.
Worum es geht
Fast die gesamte Energie eines Ökosystems stammt von der Sonne. Pflanzen speichern davon nur etwa 1 bis 2 % in ihrer Biomasse. Von jeder Trophiestufe gelangen im Mittel nur etwa 10 % der Energie in die nächste Stufe. Der Rest wird bei der Zellatmung als Wärme abgegeben oder bleibt in unverdauten Resten und toten Teilen. Deshalb ist eine Energiepyramide unten immer am breitesten und steht nie auf dem Kopf. Und deshalb haben Nahrungsketten selten mehr als vier oder fünf Glieder.
Die Regeln
| Frage | Rechnung | Beispiel |
|---|---|---|
| eine Stufe weiter | Energie · 0,1 | 20 000 kJ → 2000 kJ |
| k Stufen weiter | Energie · 0,1 hoch k | 20 000 kJ · 0,1³ = 20 kJ |
| zurück zu den Produzenten | Energie · 10 hoch k | 20 kJ · 10³ = 20 000 kJ |
| Wirkungsgrad | aufgenommene : vorhandene Energie · 100 | 1500 kJ : 20 000 kJ · 100 = 7,5 % |
| Energiebilanz eines Tieres | Nahrung = Kot + Wärme + Wachstum | 400 J = 120 J + 180 J + 100 J |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Die Produzenten einer Wiese speichern 36 000 kJ. Pro Trophiestufe gelangen 10 % in die nächste Stufe. Wie viel Energie erreicht die Konsumenten 2. Ordnung?
| Schritt | Rechnung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Stufen zählen | Produzenten → Konsumenten 1. Ordnung → Konsumenten 2. Ordnung: 2 Schritte | gerechnet wird pro Pfeil, nicht pro Lebewesen |
| 2 · Erster Schritt | 36 000 kJ · 0,1 = 3600 kJ | 10 % erreichen die Pflanzenfresser |
| 3 · Zweiter Schritt | 3600 kJ · 0,1 = 360 kJ | wieder 10 %, diesmal von 3600 kJ |
| 4 · Kurz geschrieben | 36 000 kJ · 0,1² = 360 kJ | zwei Schritte, also hoch 2 |
Der typische Fehler
„Energie wird im Ökosystem wie die Stoffe im Kreislauf immer wieder verwendet.“ Das klingt richtig, weil man vom Kreislauf der Natur spricht und Destruenten tote Reste wiederverwerten. Im Kreislauf bewegen sich aber nur die Stoffe, etwa Kohlenstoff und Mineralstoffe. Die Energie fließt in eine Richtung: Licht wird zu chemischer Energie und am Ende zu Wärme, die kein Lebewesen mehr nutzen kann. Deshalb braucht jedes Ökosystem ständig neues Sonnenlicht.
So prüfst du dein Ergebnis
Nullen zählen. Mit jeder Stufe nach oben muss das Ergebnis zehnmal kleiner werden, rückwärts zehnmal größer. 36 000 → 3600 → 360 hat pro Schritt eine Null weniger. Bei einer Energiebilanz müssen die Teile zusammen wieder die aufgenommene Energie ergeben.