Verfolge Stoffe durch Atmosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und Lithosphäre. Verbinde Gesteinskreislauf und Plattentektonik mit den ozeanischen Kreisläufen von Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff und Siliziumdioxid.
Leitfrage: Wie lassen Meeresprozesse und Meeresorganismen Stoffe zirkulieren und bauen Erdmaterialien auf oder wandeln sie um?
NMEA-Klassenstufe: Klassen 9–12
Leitfäden für weitere Klassenstufen sind in Vorbereitung.
Verfolge Stoffe zwischen den Erdspeichern, unterscheide Recycling von langfristiger Speicherung und erkläre, wie Meeresleben und menschliche Aktivitäten diese Wege verändern.
Lernziele
Erkläre, wie Verwitterung, Subduktion, Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus Meer und Land verbinden.
Unterscheide organische und anorganische Kohlenstoffwege einschließlich Karbonatbildung und fossiler Brennstoffe.
Vergleiche Aufnahme, Regeneration, Einlagerung und menschliche Einträge von Phosphor und Stickstoff.
Erkläre, wie Siliziumdioxidstrukturen sich auflösen oder Teil der sedimentären Überlieferung werden.
Vermittle dieses Prinzip
Warum das wichtig ist
Das CFD verbindet Geologie und Biologie durch Transport und Umwandlung von Stoffen. Lernende können schnelles Recycling in Meerwasser und Nahrungsnetzen mit langsamerer Einlagerung, Gesteinsbildung, Hebung und Verwitterung vergleichen.
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Verfolge einen Weg im Gesteinskreislauf
Aufgabe für die Lernenden
Nutze CFD-Zweig A und die Karte der Meeresbodenstrukturen, um einen Weg vom verwitterten Kontinentalgestein zu Meeressediment, Subduktion oder Akkretion und Hebung zu zeichnen. Beschrifte jeden Prozess.
Frage an die Klasse
Wie unterscheidet sich Sedimentation von Subduktion oder Akkretion?
Achte in den Antworten auf
Absinken und Transport verteilen Sediment um; Subduktion recycelt Lithosphäre, während Akkretion einer Platte Material hinzufügt.
Nutze CFD B2–B11, um organischen Kohlenstoff durch Biomasse und Zellatmung zu verfolgen, anschließend anorganischen Kohlenstoff durch eine Schale, Auflösung oder Einlagerung und Gesteinsbildung.
Frage an die Klasse
Welche Wege recyceln Kohlenstoff schnell, und welche können ihn länger speichern?
Achte in den Antworten auf
Zellatmung und Auflösung führen Kohlenstoff in anorganische Speicher zurück; ein Teil wird in Gesteinen oder fossilen Brennstoffen eingelagert. Ihre Verbrennung führt Kohlendioxid in die Atmosphäre zurück.
Nutze CFD B12–B18, um Gesteinsverwitterung, gelösten Phosphor, Produzenten, Konsumenten, Regeneration, Auftrieb und Einlagerung zu verbinden. Ergänze einen Dünger- oder Abwassereintrag.
Frage an die Klasse
Warum wird ein lebenswichtiger Nährstoff problematisch, wenn seine Zufuhr zu stark steigt?
Achte in den Antworten auf
Phosphor unterstützt Wachstum, doch übermäßige Einträge können Eutrophierung auslösen und Nahrungsnetze verändern; ein Teil folgt dem langsameren sedimentären Weg.
Nutze CFD B19–B25, um zu erklären, warum atmosphärischer Stickstoff vor der Nutzung durch die meisten Organismen umgewandelt werden muss. Vergleiche diesen Kreislauf mit Phosphor.
Frage an die Klasse
Welche Rolle spielen stickstofffixierende Mikroorganismen?
Achte in den Antworten auf
Sie machen Stickstoff für biologische Wege verfügbar. Stickstoff verändert seine chemische Form, durchläuft Nahrungsnetze und kann eingelagert oder durch menschliche Aktivitäten eingetragen werden.
Nutze CFD B26–B32, um Siliziumdioxid von der Verwitterung zu einer Diatomee oder einem Schwamm zu verfolgen, und vergleiche Auflösung mit Einlagerung. Ergänze den Weg, der das Gestein wieder an Land freilegt.
Frage an die Klasse
Wird jedes Siliziumdioxidskelett zu Gestein?
Achte in den Antworten auf
Das meiste biogene Siliziumdioxid löst sich auf; ein kleinerer Anteil gelangt in Sedimente und sedimentäre Materialien. Auftrieb, Hebung und Verwitterung verbinden verschiedene Teile des Kreislaufs erneut.
Verfolge ein Element von einer Landquelle ins Meeresleben, dann in ein Sedimentgestein und zurück Richtung Ozean. Finde einen kürzeren Recyclingweg und einen menschlichen Einfluss auf den Kreislauf.
Erkunde die Konzepte
Gesteinskreislauf und PlattentektonikVerwitterung, Erosion, Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus verbinden Land und Ozean.
Gesteine zerfallen, und Materialien gelangen ins Meer.
Verwitterung und Erosion zersetzen Gesteine; Flüsse und atmosphärische Ablagerung transportieren viele Produkte ins Meer. Materialien bleiben dort unterschiedlich lange, was als Verweilzeit bezeichnet wird. Gesteinsabbau, Neubildung, Subduktion und Hebung sind Teile eines fortlaufenden Kreislaufs.
Dichtere ozeanische Platten können unter kontinentale Platten abtauchen. Subduktion kann Kontinentalränder anheben und ihnen abgeschabte ozeanische Gesteine und Sedimente hinzufügen. Tiefseegräben, Inselbögen, Schichtvulkane und manche Gebirge sind mit Subduktion verbunden; entsprechende Plattengrenzen prägen den Pazifikrand.
Einige ozeanische Gesteine und Sedimente gelangen mit einer abtauchenden Platte in den oberen Mantel; anderes Material wird abgeschabt und dem Kontinentalrand hinzugefügt. Dies sind unterschiedliche Wege innerhalb des Gesteinskreislaufs.
Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus bilden neue Gesteine.
Sedimentation umfasst durch Schwerkraft absinkende Partikel und Material, das Strömungen oder Wellen am Meeresboden bewegen. Akkretion fügt einer tektonischen Platte Material hinzu. Zusammen mit Hebung, Meeresspiegeländerung und Welleneinwirkung ordnen diese Prozesse Erdmaterialien neu. Vulkanismus an Plattengrenzen und innerhalb von Platten bildet durch magmatische Prozesse neues Gestein.
Hebung und Erosion können sowohl magmatische als auch sedimentäre Gesteine freilegen. Die Freilegung macht vorhandenes Material sichtbar; Vulkanismus bildet durch das Abkühlen von Magma oder Lava neues magmatisches Gestein.
KohlenstoffkreislaufVerfolge schnell recycelten Kohlenstoff und längere Wege durch Sedimente, Gesteine und fossile Brennstoffe.
Der Ozean verbindet die chemischen Speicher der Erde.
Stoffe zirkulieren durch Atmosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre und Lithosphäre. Der Ozean spielt eine zentrale Rolle in lebenswichtigen Kreisläufen. Meerwasser enthält Elemente in unterschiedlichen Konzentrationen, darunter Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff, Schwefel, Sauerstoff, Eisen, Zink, Calcium, Natrium und Kalium; manche Organismen benötigen auch Silizium oder Strontium.
Kohlenstoff wechselt zwischen anorganischen und organischen Formen.
Der Ozean ist der größte Speicher schnell zirkulierenden organischen und anorganischen Kohlenstoffs. Atmosphärisches Kohlendioxid gelangt durch Diffusion, Durchmischung und eingetragene Luftblasen hinein. Kohlenstoff kommt als gelöste anorganische Formen wie Kohlendioxid, Hydrogencarbonat und Carbonat vor; in organischen Verbindungen wie Kohlenhydraten, Lipiden und Aminosäuren; sowie in Partikeln einschließlich lebender und toter Organismen. Fotosynthese und Chemosynthese wandeln anorganischen Kohlenstoff in organische Materie um; Zellatmung führt vieles in anorganische Formen zurück. Ein Teil des organischen Kohlenstoffs sinkt ab, sammelt sich an und kann zu fossilem Brennstoff werden.
Zur Durchmischung gehört Konvektion, wenn Dichteunterschiede eine vertikale Umwälzung des Wassers bewirken und gelöste Stoffe zwischen Schichten austauschen.
Karbonatschalen verbinden Leben und Gesteinskreislauf.
Korallen und andere Organismen nutzen gelösten anorganischen Kohlenstoff für Schalen und Skelette aus Calciumcarbonat. Viel davon löst sich in tiefem Wasser; ein Teil sammelt sich in Kalkstein, Kreide und Karbonatbänken. Hebung, Akkretion und Meeresspiegeländerungen können marine Sedimentgesteine an Land freilegen, wo Verwitterung und Erosion Material zum Ozean zurückführen. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe setzt Kohlendioxid in die Atmosphäre frei und beeinflusst Klima und ozeanischen pH-Wert.
Sowohl Sedimente mit organischem Kohlenstoff als auch anorganische Carbonatsedimente können lange geologische Wege mit Einbettung, Gesteinsbildung, Hebung und Freilegung durchlaufen. Verwitterung und Erosion führen Material in den aktiven Kohlenstoffkreislauf zurück; die Oxidation freigelegten organischen Kohlenstoffs kann Kohlendioxid zurückführen. Diese geologische Rückführung unterscheidet sich von der menschlichen Verbrennung fossiler Brennstoffe.
PhosphorkreislaufVerfolge Phosphor aus verwitterten Gesteinen durch Organismen, Meerwasser und Sedimente.
Phosphor ist Bestandteil lebenswichtiger Zellverbindungen.
Alles Leben benötigt Phosphor für Verbindungen wie ATP, DNA und Phospholipide. Die Verwitterung von Landgesteinen ist seine wichtigste Quelle im Meer. Phosphor liegt in gelösten anorganischen Formen wie Phosphat, in organischen Formen, in Partikeln wie Apatitmineralen sowie in lebenden und toten Organismen vor.
Biologisches Recycling und Einlagerung schaffen unterschiedliche Wege.
Phytoplankton und andere Primärproduzenten nehmen gelösten Phosphor auf, der anschließend Nahrungsnetze durchläuft. Zellatmung und Regeneration führen organischen Phosphor in gelöste anorganische Formen zurück; Auftrieb bringt Phosphor zur Oberfläche zurück. Ein Teil des organischen und anorganischen Phosphors sammelt sich in Sedimenten und wird Bestandteil von Sedimentgesteinen. Hebung, Akkretion, Meeresspiegeländerungen, Verwitterung und Erosion verbinden diesen Langzeitspeicher wieder mit dem Ozean. Dünger und Abwasser können Phosphor über Gewässer eintragen, Eutrophierung fördern und Nahrungsnetze verändern.
StickstoffkreislaufUnterscheide reichlich vorhandenen atmosphärischen Stickstoff von den für Organismen nutzbaren Formen.
Mikroorganismen wandeln Stickstoff in nutzbare Formen um.
Leben benötigt Stickstoff für Aminosäuren und Proteine. Die meisten Organismen können atmosphärischen gasförmigen Stickstoff nicht direkt nutzen. Manche Bakterien, darunter Cyanobakterien, fixieren Stickstoff in Formen, die in Biomasse eingehen und andere Organismen versorgen können. Stickstoff wechselt durch Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation, Assimilation, Ammonifikation und anaerobe Ammoniumoxidation zwischen Nitrat, Nitrit, Ammonium und organischen Verbindungen.
Stickstoffverbindungen haben unterschiedliche Oxidationsstufen: Nitrat, Nitrit und Ammonium sind an unterschiedlichen chemischen und biologischen Umwandlungen beteiligt. Zu den organischen Stickstoffverbindungen gehört Harnstoff; eine Auflistung der Stickstoffformen sollte zwischen chemischem Zustand und biologischer Rolle unterscheiden.
Stickstoff zirkuliert durch Nahrungsnetze, Sedimente und menschliche Einträge.
Primärproduzenten nehmen gelösten Stickstoff auf; Konsumenten erhalten ihn über Nahrungsnetze. Zellatmung und Regeneration führen organischen Stickstoff in gelöste anorganische Formen zurück, und Auftrieb bringt ihn zur Oberfläche. Ein Teil des organischen Stickstoffs wird in Sedimentgesteinen eingelagert, die durch Hebung, Akkretion und Meeresspiegeländerungen der Verwitterung und Erosion ausgesetzt werden können. Dünger, Abwasser und die Verbrennung fossiler Brennstoffe tragen Stickstoff über Gewässer oder die Atmosphäre ein; übermäßige Einträge können Eutrophierung fördern und Nahrungsnetze verändern.
SiliziumdioxidkreislaufVerbinde Mineralverwitterung mit den Hartteilen von Organismen und ihrer sedimentären Überlieferung.
Manche Organismen bauen Hartteile aus Siliziumdioxid.
Diatomeen, Radiolarien und manche Schwämme bilden Siliziumdioxidstrukturen, darunter Frusteln, Gehäuse, Stacheln und Spikula. Verwitterung an Land und vulkanische Aktivität liefern Silizium ins Meer; Flüsse transportieren Verwitterungsprodukte dorthin. Silizium kommt in gelösten Formen und in Partikeln vor, darunter Mineralien und biologisches Skelettmaterial.
Auflösung, Einlagerung und Verwitterung schließen den Kreislauf.
Das meiste biogene Siliziumdioxid löst sich nach dem Tod der Organismen; Auftrieb bringt gelöstes Silizium zurück zum Oberflächenwasser. Ein kleinerer Anteil wird eingelagert und in sedimentäre Materialien wie Hornstein, Diatomit und Tonminerale umgewandelt. Hebung, Akkretion und Meeresspiegeländerungen können diese Materialien an Land freilegen, wo Verwitterung und Erosion sie zum Ozean zurückführen. Menschliche Veränderungen der kontinentalen Verwitterung, einschließlich sauren Regens, und des Wasserkreislaufs können die Siliziumzufuhr zum Meer verändern.
Nutze das Riff als Beispiel zu CFD B7–B10; unterscheide lebende Strukturen von späteren Wegen der Auflösung und Einlagerung.
Entdecke dieses Prinzip mit der Plattform
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Lokalisiere Meeresbodenstrukturen und bespreche die geologischen Prozesse in CFD-Zweig A. Nutze das Originalblatt, um die chemischen Kreisläufe zu verfolgen.
Nach dem NMEA-CFD zu Prinzip 2 für die Klassen 9–12 (2021, Handbuchseite 61). Der Leitfaden folgt dem Gesteinskreislauf-Zweig und allen vier biogeochemischen Kreisläufen. Unterrichtsaufgaben und Plattformlinks sind didaktische Vorschläge von Blue Biome, keine von NMEA bereitgestellten Aktivitäten.
Begriffe und Verbindungen aus der Quelle
Die folgenden englischen Hinweise geben die NMEA-Quelle in eigenen Worten wieder. Sie erläutern außerdem fachliche Präzisierungen bei der Anpassung und korrigierte Verweise.
A · Gesteine zerfallen, und Materialien gelangen ins Meer.
Weathering and erosion move land-derived rock material into the ocean as rocks continually form and break down.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Erklärung lesenA1 · Gesteine zerfallen, und Materialien gelangen ins Meer.
Weathering, erosion, subduction, and uplift break down and recycle rocks.
Erklärung lesenA2 · Gesteine zerfallen, und Materialien gelangen ins Meer.
Rivers and atmospheric deposition deliver weathering products.
Dense oceanic plates subduct beneath continental plates and can cause continental uplift.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Subducted plate boundaries characterize parts of the ocean such as the Pacific Rim.
Erklärung lesenA7 · Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus bilden neue Gesteine.
Accretion, sedimentation, volcanism, and igneous processes continually form rocks.
Erklärung lesenA8 · Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus bilden neue Gesteine.
Accretion adds material to a tectonic plate.
the diagram connects this with subduction, uplift, sea-level change, and waves.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Describe pathways and use can for subduction and uplift rather than implying every rock or plate follows one inevitable path. Define accretion as material addition, not every process that affects a plate.
Erklärung lesenA9 · Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus bilden neue Gesteine.
Sedimentation includes gravity settling and material moved along the seafloor by waves or currents.
Erklärung lesenA10 · Sedimentation, Akkretion und Vulkanismus bilden neue Gesteine.
Volcanism at plate boundaries and within plates and other igneous processes create rock formations.
Uplift and erosion expose igneous and sedimentary rocks.
Erklärung lesenB · Der Ozean verbindet die chemischen Speicher der Erde.
The ocean is central to biogeochemical cycles essential for life.
Erklärung lesenB1 · Der Ozean verbindet die chemischen Speicher der Erde.
Elements occur in seawater at different concentrations.
many are essential to life, while silicon and strontium are needed by some organisms.
Erklärung lesenB2 · Kohlenstoff wechselt zwischen anorganischen und organischen Formen.
The ocean is the largest reservoir of rapidly cycling organic and inorganic carbon.
Erklärung lesenB3 · Kohlenstoff wechselt zwischen anorganischen und organischen Formen.
Atmospheric carbon dioxide enters through diffusion, mixing, and bubbles.
ocean carbon occurs in dissolved organic and inorganic forms and in particles and organisms.
Convective mixing exchanges carbon-containing materials between water layers.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Erklärung lesenB4 · Kohlenstoff wechselt zwischen anorganischen und organischen Formen.
Photoautotrophs and chemoautotrophs fix inorganic carbon into organic matter.
Erklärung lesenB5 · Kohlenstoff wechselt zwischen anorganischen und organischen Formen.
Respiration converts much organic carbon back to inorganic carbon.
Erklärung lesenB6 · Kohlenstoff wechselt zwischen anorganischen und organischen Formen.
Some organic carbon sinks, accumulates on the seafloor, and may become fossil fuel.
Erklärung lesenB7 · Karbonatschalen verbinden Leben und Gesteinskreislauf.
Organisms use dissolved inorganic carbon to form calcium carbonate shells and skeletal parts.
Erklärung lesenB8 · Karbonatschalen verbinden Leben und Gesteinskreislauf.
Much shell-derived calcium carbonate dissolves in the deep ocean.
Erklärung lesenB9 · Karbonatschalen verbinden Leben und Gesteinskreislauf.
Some shell and coral carbonate accumulates in limestone, chalk, and carbonate banks.
Erklärung lesenB10 · Karbonatschalen verbinden Leben und Gesteinskreislauf.
Uplift, accretion, and sea-level change can expose carbon-bearing marine rocks to weathering and erosion on land.
Organic and inorganic sedimentary carbon both have geological return pathways through uplift, exposure and weathering.
Erklärung lesenB11 · Karbonatschalen verbinden Leben und Gesteinskreislauf.
Fossil-fuel combustion transfers organic carbon to atmospheric carbon dioxide and affects climate and ocean pH.
Erklärung lesenB12 · Phosphor ist Bestandteil lebenswichtiger Zellverbindungen.
Life needs phosphorus for ATP, DNA, and phospholipids.
Erklärung lesenB13 · Phosphor ist Bestandteil lebenswichtiger Zellverbindungen.
Weathering of terrestrial rocks is the main ocean phosphorus source.
Erklärung lesenB14 · Phosphor ist Bestandteil lebenswichtiger Zellverbindungen.
Ocean phosphorus occurs in dissolved inorganic and organic forms, particles including apatite, and organisms.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Erklärung lesenB15 · Biologisches Recycling und Einlagerung schaffen unterschiedliche Wege.
Producers take up phosphorus, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns phosphorus to the surface.
Erklärung lesenB16 · Biologisches Recycling und Einlagerung schaffen unterschiedliche Wege.
Some organic and inorganic phosphorus enters sediments and later sedimentary rocks.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Erklärung lesenB19 · Mikroorganismen wandeln Stickstoff in nutzbare Formen um.
Life needs nitrogen for amino acids and proteins.
most organisms cannot directly use atmospheric nitrogen gas.
Erklärung lesenB20 · Mikroorganismen wandeln Stickstoff in nutzbare Formen um.
Nitrogen-fixing bacteria including cyanobacteria make nitrogen available to marine life.
Erklärung lesenB21 · Mikroorganismen wandeln Stickstoff in nutzbare Formen um.
Biological transformations cycle nitrogen among inorganic and organic forms through fixation, nitrification, denitrification, assimilation, ammonification, and anaerobic ammonium oxidation.
Nitrogen forms have different oxidation states; urea is an organic nitrogen compound.
Erklärung lesenB22 · Stickstoff zirkuliert durch Nahrungsnetze, Sedimente und menschliche Einträge.
Producers take up nitrogen, food webs transfer it, regeneration returns inorganic forms, and upwelling returns nitrogen to the surface.
Erklärung lesenB23 · Stickstoff zirkuliert durch Nahrungsnetze, Sedimente und menschliche Einträge.
Some organic nitrogen enters sediments and becomes organic matter in sedimentary rocks.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.
Erklärung lesenB24 · Stickstoff zirkuliert durch Nahrungsnetze, Sedimente und menschliche Einträge.
Uplift, accretion, and sea-level changes expose nitrogen-bearing marine rocks to weathering and erosion.
Erklärung lesenB25 · Stickstoff zirkuliert durch Nahrungsnetze, Sedimente und menschliche Einträge.
Nitrogen from fertilizers, wastewater, and fossil-fuel combustion reaches the ocean through water or air and can fuel eutrophication and alter food webs.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Treat eutrophication as nutrient enrichment that can promote blooms and alter food webs, not as a synonym for harmful algal blooms.
Erklärung lesenB26 · Manche Organismen bauen Hartteile aus Siliziumdioxid.
Diatoms, radiolarians, and sponges use silica for hard parts such as tests, frustules, spines, and spicules.
Erklärung lesenB27 · Manche Organismen bauen Hartteile aus Siliziumdioxid.
Weathering and volcanic activity supply ocean silica.
rivers transport land-weathering products.
Erklärung lesenB28 · Manche Organismen bauen Hartteile aus Siliziumdioxid.
Ocean silicon occurs in dissolved forms and in particulate minerals and biogenic skeletons.
Hinweise zur Anpassung (Englisch)
Use named inorganic/organic pools rather than copying ambiguous or incomplete chemical formula lists. Do not classify methane as inorganic carbon or imply all sugars and lipids contain phosphorus or nitrogen. Describe dissolved silicon separately from particulate silica.