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Energiefluss im Ökosystem

Erfahrt, wie die Nahrungspyramide den Energiefluss von den Produzenten zu den Konsumenten veranschaulicht und warum Biomasse und Energie abnehmen. Entdeckt, wie Sonnenenergie durch Fotosynthese in chemische Energie umgewandelt wird und warum nur etwa 10 % der Energie weitergegeben werden. Interessiert? Das und vieles mehr im folgenden Text!

Alle Inhalte sind von Lehrkräften & Lernexperten erstellt
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Die Autor*innen
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Steffi123
Energiefluss im Ökosystem
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Energiefluss im Ökosystem Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Energiefluss im Ökosystem kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Begriff Biomasse.

    Tipps

    Nicht nur die Masse der einzelnen Nahrungsebenen wird als Biomasse bezeichnet, sondern auch die Gesamtmasse eines Ökosystems.

    Die Biomasse wird in Gramm ($g$) bzw. Kilogramm ($kg$) Frisch- oder Trockengewicht pro $m^2$ (Oberfläche) oder $m^3$ (Volumen) angegeben.

    Lösung

    Die Biomasse ist die Gesamtmasse aller Lebewesen in einem Ökosystem. Die Biomasse kann auch für jede einzelne Nahrungsebene ermittelt und angegeben werden.
    Die Einheit der Biomasse bezieht sich auf das Gewicht in Abhängigkeit zur Fläche bzw. zum Volumen. Daraus ergeben sich folgende Möglichkeiten:
    $\frac{g}{m^2}$ bzw. $\frac{kg}{m^2}$ für eine Fläche oder $\frac{g}{m^3}$ bzw. $\frac{kg}{m^3}$ für ein Volumen.

  • Beschrifte die dargestellte Biomassepyramide.

    Tipps

    Produzenten sind Pflanzen. Sie nutzen die Lichtenergie und wandeln sie über den Prozess der Fotosynthese in chemische Energie um.

    Die Pflanzenfresser werden auch Primärkonsumenten genannt.

    Lösung

    Eine Nahrungs- oder Biomassepyramide hat in nahezu jedem Ökosystem einen ähnlichen Aufbau. Die Grundlage bilden die Produzenten, welche mit Abstand die höchste Biomasse aufweisen. Darüber stehen die Pflanzenfresser. Ihre Biomasse ist geringer. Noch geringer sind die Biomassen der Fleischfresser, also der Konsumenten zweiter Ordnung bis hin zu den Endkonsumenten.
    Es zeigt sich also, dass die Biomasse von einem Glied der Nahrungskette zum nächsten abnimmt, da ein großer Teil der aufgenommenen Nahrung durch Atmung u. ä. verbraucht wird.

  • Erkläre, was unter Energie zu verstehen ist und gib Beispiele für Energieumwandlungen in Lebewesen.

    Tipps

    Wird eine Energieform in eine andere umgewandelt, entsteht dabei zum erheblichen Teil Wärme. Da dieser Teil der Energie nicht in andere Energieformen umgewandelt werden kann, ist sie für das Lebewesen „verloren“.

    Lösung

    Energie beschreibt die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten. Energie kann nicht erzeugt und auch nicht vernichtet werden, sondern nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden. Dies geschieht beispielsweise bei der Fotosynthese, wo Strahlungsenergie in chemischer Energie gebunden wird. Allerdings wird ein großer Teil der Energie bei der Umwandlung auch in Wärme umgewandelt. Diese ist für den Organismus „verloren“, da sie nicht wieder in andere Energieformen umgewandelt werden kann. Aufgrund dessen gibt es keinen Energiekreislauf, sondern einen Energiefluss. Dieser lässt sich in einer Energiepyramide darstellen. Hier zeigt sich auch, dass Energie nicht nur durch Wärme „verloren“ geht, sondern auch durch Atmung oder Ausscheidungen.

  • Begründe, warum es im Ökosystem keinen Energiekreislauf, sondern einen Energiefluss gibt.

    Tipps

    Ein Großteil der Energie einer Nahrungsebene geht durch Atmungsprozesse oder Umwandlung in Wärme „verloren“.

    Der Energiefluss eines Ökosystems verkleinert sich von Nahrungsebene zu Nahrungsebene um den Faktor 10.

    Lösung

    Die Sonnenenergie ist für den Energiefluss zwingend erforderlich. Das liegt daran, dass in jeder Nahrungsebene Energie in andere Energie umgewandelt wird, welche dem Energiesystem nicht mehr zur Verfügung steht. Betrachtet man den Energiefluss eines Ökosystems, so ist festzustellen, dass sich dieser von Nahrungsebene zu Nahrungsebene um den Faktor 10 verkleinert. Das bedeutet, dass immer 90 % der Energie beim Übergang in die nächsthöhere Ebene „verloren“ geht: das meiste in Wärme und durch Atmung (orange Pfeile) oder durch Ausscheidungen als totes Material (graue Pfeile).

  • Stelle dar, dass im Energiefluss eines Ökosystems Energie „verloren“ geht.

    Tipps

    Nur die Produzenten sind in der Lage, die Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln und sie so für die Konsumenten und Destruenten nutzbar zu machen.
    Den Produzenten steht also 100 % der Energie zur Verfügung.

    Die Form der Pyramide weist schon darauf hin: Je weiter man nach oben steigt, desto geringer wird der Anteil an der Biomasse bzw. der Energie. Warum?
    In Form von Ausscheidungen und totem organischen Material wie Laub (graue Pfeile), aber vor allem durch Umwandlung in Wärme (orangefarbene Pfeile), geht Biomasse (und Energie) verloren.

    Lösung

    Hier siehst du die Biomasse-, Energie- bzw. Nahrungspyramide des Ökosystems Wald. Du kannst gut erkennen, dass von einer Nahrungsebene zur nächsten Biomasse und Energie verloren gehen – letztere durch Atmungsprozesse oder als tote organische Substanz (Laub, Ausscheidungen).

    Bei den Produzenten wird 100 % der Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt und dadurch für die anderen Nahrungsebenen nutzbar gemacht. Allerdings stehen der nächsten Stufe (Primärkonsumenten) von den 100 % nur etwa 10 % zur Verfügung, da 90 % aufgrund von Atmung und in Form von Ausscheidungen verloren gehen.

    Du kannst dir merken, dass die nächsthöhere Nahrungsebene nur etwa 10 % der Energie für sich nutzen kann und in jeder Nahrungsebene 90 % verloren gehen.

  • Begründe, weshalb sich Schadstoffe von einer Nahrungsebene zur nächsten anreichern.

    Tipps

    Hier siehst du zur Erinnerung noch einmal die Biomassepyramide des Ökosystems Wald. Du kannst gut erkennen, dass die Biomasse von Nahrungsebene zu Nahrungsebene abnimmt.

    Lösung

    Schadstoffe reichern sich von einer Nahrungsebene zur nächsten an, sie sind also immer konzentrierter. Das liegt daran, dass sie im Verhältnis zur Biomasse immer weiter zunehmen.

    Das möchte ich dir an einem Zahlenbeispiel verdeutlichen:
    Die Biomasse der Produzenten (100 %) ist zu 1 % mit Schadstoffen belastet. Von den 100 % der Biomasse gelangen lediglich 10 % in die nächste Nahrungsebene, die der Primärkonsumenten. Wo das Verhältnis bei den Produzenten noch 1:100 war (Schadstoffe : Biomasse), beträgt sie bei den Primärkonsumenten schon 1:10. Beim Übergang zur nächsten Nahrungsebene haben sich die Schadstoffe im Verhältnis 1:1 angereichert.
    Dieses Zahlenbeispiel zeigt in erschreckendem Maße, wie sehr sich Schadstoffe innerhalb der Nahrungskette auswirken. Das Problem bei Schadstoffen ist, dass sie sich in Geweben einlagern und nicht oder nur sehr langsam abgebaut werden. Wird das Lebewesen vor dem Abbau gefressen, reichern sich die Schadstoffe beim Räuber weiter an und so weiter.