Tutorium Physische Geographie II
Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Termine:
Montag 08:15 – 09:45 Uhr Donnerstag 14:00 – 15:30 Uhr
Tutor:
Julian Dare (Geographie, Diplom, 10. Semester)
Email:
[email protected]
Einführung
Biogeographie
Biogeographie
2 Wochen Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare
Biogeographie
Grundlagen Beschreibe folgende Grundbegriffe: • •
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Individuum • Unteilbare, selbständig lebende Einheit Taxon (pl. Taxa) • Organismen mit gleichen Verwandtschafts- und Ähnlichkeitsmerkmalen (Sippe, Einheit der Rangstufen) Population • Alle Individuen einer Art, die miteinander in Genaustausch treten können (Fortpflanzungsgemeinschaft). Bei großen Gebieten: Aufspaltung in Teilpopulationen möglich. Biozönose = Lebensgemeinschaft Alle Organismen eines Lebensraums Arten stehen zumindest teilweise miteinander in Beziehung Biotop Lebensraum einer Biozönose von einheitlicher Beschaffenheit Gegenüber der Umgebung abgrenzbar
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Biogeographie
Sippensystematik
Nenne die Ordnungsebenen der Sippensystematik. • Reich • Stamm/Abteilung • Klasse • Ordnung • Familie • Gattung • Art Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Pflanzenmorphologie Welche Einteilung der Pflanzen hinsichtlich ihrer Morphologie gibt es? Sprosspflanzen • Kormophyten • Aufbau aus: – Wurzel – Sprossachse – Blattorganen
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Lagerpflanzen • Thallophyten • Aufbau geringer differenziert
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Biogeographie
Taxonomische Einheiten Pflanzen
Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Energiegewinnung Organismen werden hinsichtlich der Art ihrer Energiegewinnung in zwei große Gruppe unterteilt. Welche? • Autotrophe Organismen – Erzeugung organischer Substanz aus Primärenergie und anorganischen Ausgangsstoffen – photoautotroph & chemoautotroph – aerob & anaerob Primärproduzenten
• Heterotrophe Organismen – Stoff- und Energiebedarf aus organischen Substanzen gedeckt (=Produkte anderer Organismen) Konsumenten und Sekundärproduzenten Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Nahrungskette / Trophische Stufen
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Biogeographie
Photosynthese Welcher Prozess wandelt elektromagnetische solare Strahlung in chemische Energie um? • Photosysnthese Wo und mittels welcher chem. Substanz erfolgt die Aufnahme und Umwandlung der Strahlung? • Chloroplasten • Chlorophyll Welche chemische Reaktion läuft dabei ab? 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Wozu dient dabei das Wasser? Was wird vom Wasser freigesetzt? Als Reduktionsmittel für CO2. Es wird Sauerstoff vom Wasser abgegeben Seit wann und anfangs von wem wurde wird Photosynthese betrieben? Seit 3,5 – 4 Mrd. Jahren von den Cyanobakterien Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Blattaufbau Nenne wichtige Blattorgane: • Epidermis: Schutz- und Stützschicht, lichtdurchlässig • Stomata: ermöglichen den Gasaustausch • Palisadengewebe: enthält chloroplastenreiche Zellen für die Photosynthese • lockeres Schwammgewebe: dient dem Gasaustausch und besitzt ebenfalls Chloroplasten
Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Pflanzenphysiotypen Welche Physiotypen von Pflanzen werden hinsichtlich des CO2– Metabolismus unterschieden? • C3-Pflanzen • C4-Pflanzen – Räumliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion sowie effektivere Bindung Spaltöffnungen können weiter geschlossen sein
• CAM-Pflanzen – Zeitliche Trennung von CO2-Aufnahme und Glucoseproduktion Spaltöffnungen können tagsüber komplett geschlossen bleiben
Warum sind unterschiedlichen Physiotypen ausgeprägt? • Optimierung der CO2-Fixierung • Reduzierung des Wasserverlusts Anpassung an klimatische Verhältnisse Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Pflanzennährstoffe Nenne die Hauptnährelemente. • N Stickstoff • P Phosphor • S Schwefel • K Kalium • Ca Calcium • Mg Magnesium Nenne die Spurennährelemente. • B Bor • Mo Molybdän • Cl Chlor • Fe Eisen • Mn Mangan • Zn Zink • Cu Kupfer Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Standortfaktoren
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Biogeographie
Standortfaktor Licht Welche Strategien gegen Lichtmangel wurden von Pflanzen entwickelt? • Schattentoleranz – –
•
Frühjahrsgeophyten – –
•
der Keimlinge (dunkler Waldboden) z.B. Rotbuche (Fagus sylvatica) oder Stieleiche (Quercus robur) Austrieb, Blüte und Frucht vor Laubentfaltung der Bäume z.B. Bärlauch (Allium ursinium)
Epiphyten – –
Aufsitzerpflanzen, siedeln auf Wirt für günstigere Lichtverhältnisse Flechten, Moose, auch höhere Pflanzen
Beschreibe günstige Strahlungsverhältnisse für die Photosynthese. Wie viel Prozent der Globalstrahlung können für diese genutzt werden?
• 45-50% der Globalstrahlung kommen für Photosynthese in Frage • Für Photosynthese ist die diffuse Himmelsstrahlung oder eine tief stehende Sonne am besten • Ebenfalls Strahlungsgewinn durch vom Boden reflektierende Strahlung (Albedo des Bodens) • In dichten Wäldern herrscht regelrecht ein Kampf um das Licht • Relief beeinflusst den Strahlungseinfall: Es entstehen Licht- und Schattenpflanzen • Photoperiodismus: Langtags- und Kurztagspflanzen entwickeln sich in Abhängigkeit der Tageslänge: geographische Breite ist entscheidend Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Floren- und Faunenreiche
Nenne die unterschiedlichen Floren- und Faunenreiche sowie die Gebiete, die sie umfassen.
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Biogeographie
Biodiversität - Begriffe Was ist Speziation? • Die Neubildung von Arten • Allopatrisch: Aufspaltung einer Art in zwei oder mehrere Arten durch räumliche Trennung (Isolation). • Peripatrisch: Am Rand eines Verbreitungsgebietes lebende Population wird zunehmend isoliert und entwickelt sich unterschiedlich weiter. • Parapatrisch: Aneinander grenzende Populationen einer Art entwickeln sich unterschiedlich weiter. • Sympatrisch: Gemeinsam in einem Gebiet vorkommende Populationen einer Art entwickeln sich unterschiedlich weiter Was beschreibt der Begriff Kladogenese? Entstehung zweier Tochterarten aus einer Mutterart Was ist eine konvergente Entwicklung von Organismen? Durch gleichsinnige Anpassung an analoge Lebensbedingungen entwickelte äußere Ähnlichkeit genetisch verschiedener Organismen.
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Sedlag (1995)
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Biogeographie
Biodiversität /Artenverteilung Beschreibe globale Verhältnisse der Artendichte und Individuendichte • Die Artendichte varriert global sehr stark. • Artenarme Gebiete können aber reich an Individuen sein (und umgekehrt) • Verhältnis der beiden Größen: Diversitätsindex Wieviele Arten gibt es global? Überwiegen Pflanzen- oder Tierarten? • 2-2,5 Mio. Arten • Tiere 74%, Pflanzen 26% Nenne das Verhältnis von aussterbenden zu neu entstehenden Arten: • Bis zu Beginn des letzten Jahrhunderts Zunahme 1:1,1 • Seitdem 5000:1
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Biogeographie
Biodiversität /Artenverteilung Welche Parameter beeinflussen den Artenreichtum • Größe des Lebensraumes (je größer, desto potentiell reicher) • Höhenlage (Abnahme mit der Höhe) • Heterogenität der Umwelt (je heterogener, desto höher) • Ressourcenspannbreite (je mehr Ressourcen, desto artenreicher) • räumliche Produktivität (abhängig vom Klima: je wärmer u. feuchter, desto höher) • Störungen (regelmäßige mittl. Störungen wirken erhöhend) • Konkurrenz/Prädation (u.a. je höher die Spezialisierung, desto reicher)
• entwicklungsgeschichtliches Alter (je älter und reifer, desto höher) Außerdem gilt: • je mehr Pflanzen in einem Lebensraum, desto mehr Tiere! Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Arealkunde / Verbreitung Welche Arealformen können unterschieden werden? • Geschlossene Areale • Disjunkte Areale
Wetzel 2008
Gürteltier
Zierbelkiefer
Wie kann man Arten aufgrund ihrer Ausbreitung Unterscheiden? • Kosmopoliten: Arten, die auf der ganzen Erde verbreitet sind. z.B. Löwenzahn, Schilf • Ubiquisten: hohe ökologische Toleranz. An besondere Umweltfaktoren gebunden. z.B. verschiedene Bakterien, Algen • Endemiten: Taxa, die ausschließlich in einem bestimmten oft eng begrenzten Gebiet vorkommen. z.B. Rotbuche in Europa oder die Alpennelke in den nördlichen Kalkalpen sowie Pandabären in China Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Endemismus
Wie entstehen endemische Arten? • Relikttheorie – Ehemals größere Verbreitung wikipedia – Reduzierung z.B. durch Umweltveränderungen oder Konkurrenz Reliktendemiten (Paläoendemiten)
• Ausbreitungstheorie – „junge“ neu entstandene Arten – noch keine weitere Ausbreitung Neoendemiten
Nenne Beispiele.
wikipedia
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Biogeographie
Relikte der Eiszeit
Während der Kaltzeiten erfuhren bestimmte Arten eine große Ausbreitung in Europa. Man findet sie heute nur noch in geringer Verbreitung. Wo? • Glazialrelikte – Zurückdrängung in kalte Gebiete – Mittel- und Hochgebirge
• Steppenrelikte – Periglazialgebiet – Heute: trockene Sonderstandorte USD A Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Aktotertiäre Reliktflora Was bezeichnet man als arktotertiäre Reliktflora? • Artenverarmte Flora Mittel- und Nordeuropas • Entstehung durch Aussterben vieler Arten im Pleistozän. Grund: (vergletscherte) Alpen als Verbreitungsschranke verhindern „Ausweichen“ der Arten nach Süden während der Kaltzeiten
Warum ist dieses Phänomen in Europa wesentlich stärker ausgeprägt als in Nordamerika? • die Gebirge Nordamerikas sind meridional orientiert keine Hindernisse für eine Südverlagerung der Vegetationszonen Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
AWI
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Vikariierende Arten
So zeigen z.B. Schopfrosettenpflanzen in den Nordanden und im ostafrikaniBiogeographie schen Hochland große Ähnlichkeiten, obwohl sie mehrere 1000 km voneinander entfernt unter gleichen Umweltbedingungen sind. karianz werden getrennte Verteilungsmuster verwandter Taxaentstanden genannt, die ähnliche
Vikarianz / Konvergenz
bitate belegen. Man spricht vonSenecio vikariierenden Arten. Espletia spp. spp.
he verwandte Taxa vertreten einander in geographischen Räumen bzw. unter bestimmte ologischen Bedingungen, d.h. sie bewohnen jeweils gleiche oder ähnliche ökologische schen.
s Beispiel dafür gelten die beiden stengello sen Enzianarten Gentiana clusii (echter penenzian) und Gentiana acaulis (Kochscher Enzian), die sich auf kalkigen bzw. katischen Standorten vertreten.
Wetzel 2008 aus Burga et.al 2004
aus: Burga et al. (2004) Universität Augsburg
Gentiana clusii
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Gentiana acaulis
Wetzel 2008
Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II,Methoden SoSe 2012, Julian Dare Universität Augsburg Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative
n ohne morphologische Hindernisse handelt es sich überwiegend Biogeographie renzfaktoren, Klima, Boden oder aber Konkurrenz, die Arealkundewie / Verbreitung Schröder 1998
Wodurch nzlichen werden Areale begrenzt? von Dürre, Kälte
rmetallgehalten
Wie werden sich einer Art ausweitende und Umwelth die schrumpfende bsfähigkeit Areale onkurrenten bezeichnet? so s sie sich nicht Progressive und nd regressive vermehren Areale Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
aus Schroeder (1998)
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Biogeographie
Sukzession Beschreibe eine permanente und katastrophische Verjüngung einer Klimaxgesellschaft (Buchenwald):
Wetzel 2008 (nach Schröder 1998)
Nenne verschiedene Sukzessionstypen/stadien: • Primäre-, sekundäre-, autogene-, allogene-, progressive-, regressive Sukzession • Schluss/klimaxgesellschaft, Dauergesellschaft, anthropogene Ersatzgesellschaft Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Höhenstufen Nenne die Höhenstufen im Gebirge und die jeweils typische Vegetation? Wo befindet sich dabei die natürliche Waldgrenze bzw. die Schneegrenze?
Was sind Geoelemente? Nenne 3 Beispiele: • Gruppen von Pflanzen- oder Tierarealen, deren Hauptverbreitungsgebiet weitgehend zusammenfällt und die sich regional deutlich von anderen Gruppen abheben - Arktisches Geoelement (Arten der baumlosen Tundra: z.B. Gletscher Hahnenfuß) - Boreales Geoelement (Arten der Nadelwaldzone: z.B. Fichte) - Mediterranes Geoelement (Hartlaubzone Mittelmeerraum: z.B. Ölbaum)
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Biogeographie
Datierungsmethoden Welche Arten von Methoden zur Altersbestimmung von organischem und anorganischem Material können unterschieden werden? • Absolute Methoden – Bestimmung des Alters in Kalenderjahren – Grundlage: Abzählen von Schichten, die Jahresrhythmisch aufgebaut sind
• Radiometrische Methoden – Ungefähre Datierung in einem Messungenauigkeitsbereich – Grundlage: Zerfallsraten natürlich vorkommender Isotope
• Relative Methoden – Lage eines Horizonts/einer Schicht im Vergleich zu anderen – Zeitliche Reihenfolge, aber keine absoluten Werte – Grundlage: geologische Lageregel Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Absolute Datierungsmethoden Erläutere Beispiele absoluter Datierungsmethoden.
• Dendrochronologie – Zählung und Analyse von Baumringen – Bis ca. 12.000 a BP
Schweingruber 1983
• Warvenchronologie – Zählung von Tonwarven in Seesedimenten – Spätglazial
FU Berlin
• Lichenometrie FU Berlin
– Bestimmung des Erstbesiedelungszeitpunkts durch Flechten aufgrund konstanten Flächenzuwachses – Wenige Jahrhunderte Schweingruber 1983 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Radiometrische Methoden – C14 PD Dr. K.-F. Wetzel
4.1 Rekonstruktion vergangener Umwelten
Was ist die physikalische Grundlage der 14C-Methode? 14C in der Atmosphäre Methoden • Bildung Radiometrische des Kohlenstoffisotops • Einbau in Moleküle von Organismen durch Stoffwechsel (Gleichgewicht mit atmosphärischer Konzentration) • Tod beendet Stoffwechsel => Nur noch Zerfall • Halbwertszeit 14C: 5370 ± 40 a Welche Probleme hat die 14C-Methode? • Kurze Halbwertszeit • 14C-Gehalt der Atmosphäre war in der Vergangenheit nicht konstant Korrektur und Kalibrierung nötig: 14C-Alter cal BP • Verunreinigungen des Probenmaterials verfälschen das Ergebnis Berner,(Berner, Streif 2000 U. & H. Streif, 2000)
nzip: 14C wird in der Atmosphäre im CO2 in konstanter Menge gebildet. Die OrganisUniversität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden Tutorium PG II, SoSe 2012, Julian Dare hmen 14C auf, die Konzentration im Organismus entspricht der der Umwelt. Nach dem
Biogeographie
Relative Methoden Beschreibe die Altersbestimmung anhand der Pollenanalyse: • Rekonstruktion jungquartärer (spätglazialer und holozäner) Umweltverhältnisse • Archive: Torfe und Seesedimente (Luftabschluss, gute Konservierung) • Blütenpollen gelangen durch Wind in Seen und Moore • Verschiedene Pollen (z.B. bei Bäumen) • Probeentnahme im Feld (Wichtig: ungestörte Proben) • Analyse im Labor: Aufbereitung, Mikroskopierung, Pollen zählen und bestimmen, Pollendiagramm erstellen Wetzel 2008
Nenne weitere relative Datierungsmethoden: • Tephrochronologie: verwendet die Ablagerungen von Vulkanausbrüchen (z.B. Aschen) als Zeitmarker. • Paläomagnetische Datierung: stützt sich auf die Umpolung des Erdmagnetfeldes in der Vergangenheit. • Artefakte (z.B. Keramik) gestatten die zeitliche Einordnung mit Hilfe archäologischer Methoden. Ist in Gebieten mit großemWetzel Fundreichtum möglich. 2008 Wetzel 2008
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Biogeographie
Die Entwicklung des Lebens
Wetzel 2008 Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Die Entwicklung des Lebens In welchem Erdzeitalter entwickelten sich die ersten Wälder? • Im Karbon vor 360 Mio. Jahren: Steinkohlewälder • Ersten Nacktsamer auf Südhalbkugel (Gymnospermen: Koniferen mit ersten Jahresringen) • Bedecktsamer ab der mittleren Kreidezeit (Angiospermen, 100 Mio. BP) • Gräser, Steppen, Savannen ab dem älteren Tertiär (60 Mio. Jahre BP) • globale Braunkohleentwicklung im Tertiär nach Ausbildung einer immergrünen Gehölzflora • Sommergrüne Wälder der Arktis erobern Mitteleuropa (aktotertiäre Elemente) • Gebirgsbildung (Alpen) im Jungtertiär: Hochgebirgsflora • Pleistozän: Veramung der aktotertiären Flora zur aktotertiären Reliktflora • Kaltzeiten: Verschiebung der Vegetationszonen nach Süden (Refugialgebiete) und anschließend nach Norden in der Warmzeit Artenverarmung
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Biogeographie
Die Entwicklung seit der letzten Eiszeit Nenne die Waldfolge in Europa im Holozän und die verschiedenen Einflussfaktoren:
Ausbreitungs geschwindigkeit
Ausbreitungs Strategie / Wanderungs routen
Birke Konkurrenz Wettbewerb
Kiefer Eiche/Ulme Buche
Lage der Refugial gebiete
Klima Pedogenese
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Biogeographie
Übungsfragen Seit wann und in welcher Form findet anthropogene Vegetationsveränderung statt • seit ca 7.000 BP • Rodungen, LWS Nutzung, Entwässerung (Drainage), neue Pflanzenarten, Entwaldung • ab 18. Jh.: Aufforstung mit standortfremden Baumarten • ab 20. Jh.: Mechanisierung der LWS Artenverarmung Produktionslandschaft Was sind Ökosysteme? • (=ökologische Systeme) sind Lebewesen-Umwelt-Einheiten • Ökosysteme sind zur Selbstregulation befähigt und stehen mit anderen Ökosystemen in Austausch (offene Systeme) Was sind Synusien? • Eine Gruppe von Pflanzen mit gleicher Lebensform innerhalb von Vegetationskomplexen in Biotopen, die unter einheitlichen Standortbedingungen Wetzel 2008 gedeiht, wie z.B. die Baum- oder Krautschicht in Wäldern Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
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Biogeographie
Zonale Vegetationsgliederung Zonale Vegetation: Im Einklang mit dem Großklima stehende Vegetation (klimatische Schlussgesellschaften) des Tieflands auf durchschnittlichen Böden, die großflächig verbreitet ist (z.B. borealer Nadelwald) Extrazonale Vegetation: Zonale Vegetation die außerhalb ihres zonalen Verbreitungsgebietes kleinräumig unter lokal besonderen klimatischen und edaphischen Verhältnissen auftritt (z.B. wärmeliebende Flaumeichenwälder am Kaiserstuhl, obwohl zonal eigentlich im Mittelmeerraum verbreitet). Azonale Vegetation: Vegetation, die keine großflächige zonale Verbreitung aufweist und deren Vorkommen nicht klimatisch sondern bodenökologisch-edaphisch bedingt ist (z.B. Salzwiesenvegetation oder Hochmoorvegetation). Universität Augsburg - Lehrstuhl für Physische Geographie und Quantitative Methoden
Wetzel 2008
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Biogeographie
Grundbegriffe Population Archäophyten • Alteinwanderer, die sich seit dem beginn des Ackerbaus ausgebreitet haben Neophyten • Einwanderer (Neueinwanderer), die seit der Entdeckung Amerikas bei uns bewusst oder unbewusst eingeschleppt wurden Indigen • werden die Arten bezeichnet, die sich ohne menschliche Einflüsse in einem Raum gebildet oder neu ausgebreitet haben Wetzel 2008
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