Naturens kredsløb

Du er her: / Naturens kredsløb

Fødekæder

4.1 Fødekæder

Fødekæder beskriver kredsløb i naturen og indgår i beskrivelsen af et økosystem. Når man beskriver en fødekæde, får man et overblik over, hvordan biologisk materiale indgår i forskellige organismer, og hvordan organismerne afhænger af hinanden.

fødekæde ver3

Når vi skal forstå kredsløb i økosystemer, er det fordi, vi ønsker at kende konsekvenserne af af vores handlinger, hvis vi laver ændringer i systemet.

Fødekæde

Fødekæde

Rovdyr spiser byttedyr, og selvom det virker barskt, er det af stor vigtighed for byttedyrene som art, at de svageste byttedyr bliver sorteret fra, og at der ikke sker en overbefolkning af områder.

shutterstock_231982306 dyr fugl rovfugl

4.2 Biomasse

Når man laver økologiske undersøgelser, er det vigtigt, at man kan sammenligne forskellige økosystemer.

Man kan blandt andet se på opbygning, omdannelse og nedbrydning af organisk stof i et økosystem.

Én af de størrelser, man kan beregne for forskellige økosystemer, er biomassen.

DEN TOTALE biomasse

Det kan være hensigtsmæssigt at opdele den totale biomasse. Man kan vælge at beregne plantebiomassen eller biomassen for rovdyr eller byttedyr.

Der er altid flest dyr lavest i fødekæden. En tommelfingerregel er, at der skal 10 kg byttedyr til, at et rovdyr øger sin vægt med 1 kg. Forholdet er altså 10:1. Resten af biomassen bliver brugt på, at dyret lever.

Fødekæde og biomasse.

Mellem planteædende byttedyr og planter er forholdet ikke 10:1. Der skal være betydeligt mere plantemateriale per planteæder, som det ses af pyramiden nedenfor.

Fødekæde og biomasse

Fødekæde og biomasse

Biomasse

Hvis man vejede alle bakterier på jorden, ville de veje 5000 gange mere end alle mennesker.

Alle verdens myrer vejer 10 gange så meget som alle verdens mennesker.

Alle verdens mennesker vejer 7 gange så meget som alle verdens kyllinger.

shutterstock_127331855 kylling

Aktivitet: Hvad skal vi spise i fremtiden?

Der er stor forskel på hvor meget biomasse, der er bundet øverst og nederst i fødekæden. I en verden hvor der stadig bliver flere og flere mennesker, skal vi sikre os, at der er mad nok.

Kig på fødekæden med mennesket på toppen.

Menneskets fødekæde

Menneskets fødekæde

Mennesket er i stand til at spise mange forskellige ting, men i Danmark spiser de fleste kød hver dag.

Diskutér på klassen, om man ville have glæde af regler eller afgifter, der regulerer, om vi spiser meget brød eller kød.

Danmark producerer fødevarer nok til at kunne brødføde mindst 10 millioner mennesker.

Hvad ville det betyde for fødevaremængden, hvis vi alle var vegetarer?

Diskutér resultatet på klassen.

Aktivitet: Beregning af biomasse.

Der er stor forskel på hvor meget biomasse, der er bundet øverst og nederst i fødekæden.


Økologisk fødekæde

Økologisk fødekæde

Kig på fødekæden.

Beregn, hvor meget den samlede masse af bakterier, dafnier og byttefisk er i en sø, som indeholder 100 kg rovfisk (tip: du skal bruge faktor 10 reglen).

Diskutér resultatet i klassen.

Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan undersøge og sammenligne græsnings- og nedbryderfødekæder i forskellige biotoper.
  • Eleven kan diskutere løsnings- og handlingsmuligheder ved bæredygtig udnyttelse af naturgrundlaget lokalt og globalt.
  • Eleven kan mundtligt og skriftligt udtrykke sig præcist og nuanceret ved brug af fagord og begreber.

Vidensmål

  • Eleven har viden om fødekæder, fødenet og opbygning og omsætning af organisk stof.
  • Eleven har viden om miljøfaktorer i forskellige biotoper.
  • Eleven har viden om naturforvaltning.
  • Eleven har viden om ord og begreber i naturfag.

Jordens energistrømme og vandets kredsløb

4.3 Forståelse for liv

Livet på Jorden er komplekse mekanismer, som kræver, at mange betingelser skal være opfyldt. Evolutionen har gjort, at forskellige organismer har tilpasset sig til forskellige områder på Jorden, men energi fra Solen er drivkraften. Alt liv på Jorden er i sidste ende afhængig af en konstant energistrøm fra Solen.

Atmosfærens bestanddele er forholdsvis konstante med en andel af nitrogen på ca. 78% og ilt 21%. Indholdet af vanddamp varierer mellem 0 og 4%. Andelen af kuldioxid (CO2) er cirka 0,0401%.

Den oprindelige atmosfære på Jorden kunne mennesket ikke leve i. Hvis vi kunne rejse mere end 2,3 milliarder år tilbage i tiden, ville vi ikke kunne trække vejret på Jorden.

I vores atmosfære i dag producerer blandt andet alger i verdenshavene så meget ilt, at dyr og mennesker kan eksistere på Jordens overflade.

4.4 Vandets kredsløb

Solen tilfører hele tiden Jorden energi, så den har en konstant temperatur. Vand bidrager til, at energi transporteres rundt på Jorden. Dels når vand fordamper og senere fortættes og falder som nedbør. Og dels når havstrømmene sender varme mod den nordlige og sydlige halvkugle. I Danmark har vi et mildere klima på grund af varme fra golfstrømmen.

Vands kredsløb og energitransport

Vand og energitransport

Havstrømme

Havstrømme

Vand transporterer ikke kun energi. Planter er afhængige af vand for at kunne foretage fotosyntese, men også for at kunne optage næringsstoffer.

Vand og transport af næringsstoffer.

Det meste vand er i verdenshavene. Jorden set udefra er dækket af 73 procent af vand.

Jorden, den blå planet

Jorden, den blå planet

Saltvand

Af  alt vand på Jorden er cirka 97,5 procent saltvand.

Kun cirka 2,5 procent af verdens vand er ferskvand. Af disse 2,5 procent ferskvand er 68 procent is.

shutterstock_125450936 400px


Skydannelse

Skydannelse

Klik for at forstørre.

Klik for at forstørre.

Vand er en afgørende del af det kredsløb, der cirkulerer næringsstoffer.
Stoffer som oxygen, kulstof, hydrogen og nitrogen indgår i store mængder i naturens kredsløb. Vi støder på stofferne både som faste, flydende og som gas.
I det følgende hører du mere om kulstof- og nitrogen- kredsløb.

Aktivitet: Jord og fordampning.

Undersøg, hvor stor fordampningen er i forskellige jordformer;

Sand, jord og pottemuld.

Inden I går i gang, skal I skrive en hypotese om hvilken form for jord, I mener, vandet hurtigst fordamper fra. Begrund jeres hypotese.

Tag 3 bakker, og lav et jævnt jordlag på cirka 1 cm i hver bakke.

Hæld cirka 6 dl vand i hver bakke. Hvis det ikke fordeler sig jævnt, så bland det med håndkraft.

Vej alle bakkerne med indhold.

Stil alle bakker det samme sted. Vej bakkerne hver dag.

I kan ud fra vægttabet se, hvor hurtigt vandet fordamper. 1 milliliter vejer 1 g.

Skriv jeres resultater og overvejelser ned, og overvej, hvor godt det passede med jeres hypotese.

Aktivitet: Vandgennemstrømning 

I skal måle vandgennemstrømningen (målt i enheden liter/sekund) i et vandløb.

Mål bredden af bækken, og find den gennemsnitlige dybde. Når I ganger de to tal med hinanden, finder I tværsnitsarealet.

Mål, hvor langt vandet strømmer på en given tid (strømningshastigheden), som det er anvist i videoen nedenfor.

Strømningshastigheden ganges med tværsnitsarealet, hvorved vandgennemstrømningen bestemmes.

Bemærk, at hvis I regner i meter, så fås resultatet i m³/sek. Det gælder at 1 m³ = 1000 liter.

Diskutér på klassen, hvorfor det kan være interessant at vide hvor meget vand, der løber i en bæk.

Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan med modeller forklare stoffers kredsløb i økosystemer.
  • Elever kan med modeller af økosystemer forklare energistrømme.
  • Eleven kan med moddeller forklare sammenhænge mellem energistrømme og stofkredsløb.
  • Eleven kan indsamle og vurdere data fra egne og andres undersøgelser i naturfag.

Vidensmål

  • Eleven har viden om stoffer i biologiske kredsløb.

Kulstof kredsløb

Mængden af kulstof på Jorden er konstant. Noget kulstof er bundet i biomasse. Biomasse er levende organisk stof som for eksempel dyr og planter, og kulstof fra atmosfæren (CO2) indgår i et kulstofkredsløb med planters fotosyntese samt planter- og dyrs respiration.

Langt det meste kulstof finder man dog lagret i Jordens undergrund, men i det følgende vil fokus være på det kulstof, som indgår i livets kredsløb.

4.5 CO2 i atmosfæren

Koncentrationen af kuldioxid (CO2) i atmosfæren har i flere tusinde år været stabil med en koncentration på cirka 280 ppm (parts per million). Efter mennesket er begyndt at bruge fossile brændstoffer som kul, olie og gas, har koncentrationen været stigende og er nu cirka 400 ppm.

Atmosfære

Kulstof i atmosfæren

Der er cirka 760 Giga tons kulstof i atmosfæren. En del af det kulstof, der er i atmosfæren, udledes af mennesker, når vi bruger kul, olie og gas, men kommer også fra biologiske processer og fra vulkaner.

CarbonKredsløb

Kulstofkredsløb


Kulstofs kredsløb. Klik for at forstørre

Aktivitet: Kuldioxid i atmosfæren

Næsten al kulstof i atmosfæren findes som CO2(kuldioxid) og er en del af kulstofkredsløbet.

Kig på tallene for kulstofkredsløbet i atmosfære på billedet nedenfor fra videoen “kulstofkredsløbet”. Billedet viser balancen mellem kulstof bundet på Jorden og CO2 i atmosfæren.

Forudsig, hvad der vil ske med atmosfærens CO2-indhold, hvis vi holdt op med at afbrænde fossile brændstoffer nu.

Kulstofkredsløbet

Kulstofkredsløbet

4.6 Kulstof i verdenshavene

Når CO2-koncentrationen i atmosfæren ændres, overføres en stor del af det det forøgede CO2-indhold til verdenshavene. Der er en balance mellem CO2 i luften, CO2 i vand samt kulstof bundet i kalksediment, CaCO3. Kalksediment er aflejret materiale, som ligger i vores undergrund, sten og klipper.

Der har i geologisk tid været meget stor lagring af kulstof i kalksediment. Det er sket ved, at alger ved havets overflade og andre ’kalkskallede’ organismer optager CO2 ved havets overflade, og når organismerne dør, falder skallerne ned på havbunden og danner en sediment med meget kalk og kisel(kalksten).

Møns klint er et eksempel på sådanne kalkaflejringer. Denne overførsel tager dog mange år.

Møns Klint

Møns Klint

Man skønner, at verdenshavenes pH er faldet fra en pH cirka 8,25 til 8,1 i dag. Ændringen i pH kan have stor betydning for korallers evne til at danne kalkskeletter. Det er dog ikke alle organismer, der vil få det værre. Alger og havplanter vil få bedre vækst, idet der vil være en øget mængde CO2 til rådighed.

Kulstof og pH i verdenshavene

På figuren nedenfor ses balancen mellem kulstof i atmosfærens CO2 , forskellige ioner i vandet og kalksediment. Balancen er med til at sikre en stabil pH-værdi i havene.

Kalksediment

Kulstof balancen i havet

4.7 Fotosyntese og respiration

Kulstof er i et konstant kredsløb på Jorden. Kulstof indgår i alt liv, og kulstof indgår som et væsentligt element i fotosyntese og respiration.
Ved fotosyntesen forbruger planten næringsstoffet kuldioxid (CO2), som planten optager gennem bladene. Uden kuldioxid kan fotosyntesen ikke foregå.


Klik for at forstørre.


Planten optager vand og næringsstoffer fra jorden, og med energi fra Solen kan den energikrævende proces fotosyntese foregå. Planten vokser og binder kulstof i planten, og O2 frigives til atmosfæren.



Vi mennesker kan kun optage kulstof ved at spise planter eller ved at spise et dyr, der har spist planter. Det sker ved den omvendte proces.

Den omvendte proces af fotosyntese kaldes respiration og foregår, når mennesker eller dyr eksempelvis spiser planten eller plantens frugt. Så forbrænder vi sukker, forbruger O2 fra luften og får frigivet energi og CO2.

Som det ses af reaktionsligningen ovenfor, afleverer mennesker og dyr igen noget kulstof til omgivelserne ved respirationen i form af CO2.

Samtidig er den energi, vi mennesker og dyr får frigivet ved respiration, livsnødvendig for, at vi kan leve, fordi vi hele tiden bruger energi for at opretholde kroppens funktioner.

shutterstock_255770173 motion

Planter foretager også respiration for at opretholde livsprocesser. Men når der er sollys, og fotosyntesen foregår, optager de betydeligt mere CO2 til fotosyntesen, end de udleder ved respiration.

Om natten foretager planten ikke fotosyntese, men kun respiration. Hvis man måler atmosfæren omkring planten om natten, kan man måle, at den udleder CO2 ved respirationen.

KemiO2JosephPriestley

Joseph Priestley, 1733-1804, var den første til at opdage samspillet mellem planter og dyr. Ved videnskabelige forsøg fandt han ud af, at planter kunne “rense” luften. Han opdagede senere, at der var tale om grundstoffet oxygen, som det lykkedes ham at isolere.

Aktivitet: Fotosyntese og respiration.

I skal undersøge, hvad der kræves, for at planter foretager fotosyntese, og for at planter foretager respiration.


For at undersøge, hvornår der er fotosyntese, skal I bruge 8 reagensglas, planten vandpest, danskvand uden smag med kuldioxid, sølvpapir samt en lille smule syre/base indikator bromthymolblåt (kaldet BTM).

BTM er gul, når opløsningen er sur, hvilket betyder, at der er CO2 til stede.

BTM er grøn ved neutral pH, hvilket betyder, at der ikke er CO2 tilstede.

BTM er blå, når opløsningen er let basisk, hvilket betyder, at der ikke er CO2 til stede.

Lav de 8 glas som det er beskrevet i målskemaet.

Alle glas skal tilsættes få dråber BTM.

CO2 tilsættes ved at tilsætte cirka 5 ml danskvand.

De glas, der ikke skal have lys, pakkes ind i sølvpapir.

Resultatskema

Resultatskema


Sæt låg på alle glas.

Diskutér, hvad I forventer, farverne vil være ved slut. Skriv det ind i skemaet.

Efter nogen tid registreres slutfarverne. Gik det som forventet?

Diskutér, hvorfor det var nødvendigt at bruge 8 glas for at lave forsøget.

Hvorfor havde I glas, der ikke indeholdt vandpest?

Afslut med en klassediskussion om, hvordan man laver naturvidenskabelige undersøgelser. Tag udgangspunkt i dette forsøg.

Tip:

Hvis solen skinner, kan forsøget udføres over nogle timer ved at sætte reagensglassene, så de får godt med lys. Hvis I laver forsøget om vinteren, kan I sætte en lampe til at lyse på forsøgsopstillingen.

Hvis I vil teste, hvordan bromthymolblåt skifter farve, så tag lidt demineraliseret vand, tilsæt et par dråber bromthymolblåt i vandet, og pust udåndingsluft ned i opløsningen gennem et sugerør. Nu skifter den farve, da I har overført kuldioxid til opløsningen og gjort den sur.

I kan printe skemaet:

Link: Øvelsesvejledning: Fotosyntese og respiration

Forsøg med fotosyntese

Forsøg med fotosyntese

Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan med modeller forklare stoffers kredsløb i økosystemer.
  • Eleven kan anvende modeller til forklaring af fænomener og problemstillinger i naturfag.
  • Eleven kan forklare sammenhænge mellem naturfag og samfundsmæssige problemstillinger og udviklingsmuligheder.
  • Eleven kan med modeller forklare sammenhænge mellem energistrømme og stofkredsløb.

Vidensmål

  • Eleven har viden om modellering i naturfag.
  • Eleven har viden om stoffers fysiske egenskaber.
  • Eleven har viden om stoffer i biologiske kredsløb.

Nitrogen kredsløb

4.8 Gødning og minimumsloven

Ved studier af naturen har vi fundet ud af, at det er mange faktorer, der i samspil afgør, hvor godt livet trives. Vi forstår, hvordan man i det industrialiserede landbrug kan få størst udbytte af vores landbrugssektor.

Planter har brug for en lang række næringsstoffer, for at den kemiske reaktion fotosyntese kan foregå. Oxygen, hydrogen og carbon er de grundstoffer, der mængdemæssigt er vigtigst for fotosyntesen. Men både planter og dyr er afhængige af de 17 essentielle grundstoffer Cl, Cu, Fe, N, P, K, C, O, Mg, Mn, Ca, Zn, H, B, S, Na, Mo. Nitrogen, som også kaldes kvælstof, er ét af disse grundstoffer.

Minimumsloven

Minimumsloven

Indenfor landbruget taler man om minimumsloven. Den siger, at høstudbyttet afgøres af det næringsstof, der er størst mangel af. Det er ikke nok, at der er tilstrækkeligt med kvælstof, hvis der er et andet stof, som mangler, for at processen kan forløbe.

Minimumsloven

Minimumsloven

Nitrogen fiksering

I 1800-tallet fandt Justus von Liebig ud af en metode til at fremstille gødning ved at fiksere nitrogen i urinstof.

Nu om dage er metoden så udbrede, at den største kilde til nitrogenfiksering i hele biosfæren er kunstig fremstilling af urinstof til gødning.

Nitrogen og gødning

Det er vigtigt, at landmænd er opmærksomme på, hvis der er næringsstoffer, der mangler, så han kan gøde jorden og tilføre mangelstofferne, i forhold til at sikre et maksimalt høstudbytte.

Derfor kører landmanden gylle ud på marken. Gylle er afføring og urin fra køer eller grise, og gylle har et meget højt indhold af nitrogen i form af ammoniak (NH3), der giver lugtgener.
Hvis landmanden gøder for meget, så vil planterne ikke kunne optage al gødningen, og næringsstoffer vil blive skyllet ud med regnvand og skabe problemer i grundvand og vandmiljø.

Gyllespreder

Gyllespreder

4.9 Nitrogens kredsløb

Nitrogen er et vigtigt næringsstof for planter, og atomsfæren indeholder cirka 79% nitrogen (N2), men planter kan ikke optage det direkte. Det kan til gengæld visse bakterier i jorden.

Nitrogen kredsløbet og bakteriers nitrogenfiksering

Planterne er afhængige af, at nitrogen er på ionform i planters vandoptag, og derfor er bakterier i jorden afgørende for nitrogen kredsløbet. Bakterier i jorden kan optage frit nitrogen (N2) og omdanne det til ammoniak (NH3), som på ionform kan optages af planters rødder. Det drejer sig om nitrogen på ionform som NH4+ (ammonium) og NO3– (nitrat).

Bakterierne kaldes nitrogenfikserende mikroorganismer og de foretager nitrogenfiksering – fiksering betyder at fastholde. Der findes dog også bakterier, der frigiver frit nitrogen.

Dyr spiser planterne, og når dyret dør, nedbrydes dyret og indgår i kvælstofkredsløbet. Også gylle fra dyr indeholder kvælstof i form af ammoniak, hvilket bruges som gødning på marker.

Nitrogen/kvælstof. Klik for at forstørre

Nitrogen/kvælstof. Klik for at forstørre

Læringsmål


Færdighedsmål

  • Eleven kan med modeller forklare stoffers kredsløb i økosystemer
  • Eleven kan anvende modeller til forklaring af fænomener og problemstillinger i naturfag
  • Eleven kan forklare sammenhænge mellem naturfag og samfundsmæssige problemstillinger og udviklingsmuligheder

Vidensmål

  • Eleven har viden om modellering i naturfag
  • Eleven har viden om stoffers fysiske egenskaber
  • Eleven har viden om stoffer i biologiske kredsløb