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Samstag, 07. April 2018

Die Photosynthese und die Buche

Die Photosynthese ist der bedeutendste Energieumwandlungsprozess der Erde, durch den alle höheren Pflanzen, Farne, Moose, die meisten Algen, sowie einige Bakterien befähigt sind, Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln.


Eine gewöhnliche oder auch Rotbuche, deren Art rund 19 % der deutschen Waldfläche bewachsen, besitzt im Alter von 100 Jahren bei einer Höhe von 35 Metern ein Blätterwerk, das etwa eine Million Blätter umfasst. In jedem dieser Blätter befindet sich der grüne Farbstoff Chlorophyll. Er absorbiert vorwiegend Licht des blauen, roten und violetten Bereichs und reflektiert grünes Licht – das lässt chlorophyllhaltige Pflanzenteile grün erscheinen. Im Herbst verliert der Baum langsam diese Farbmoleküle, so dass andere Pigmente dominieren und uns die Wälder fast golden erscheinen lassen.

Im Sommer aber, wenn die Mittagssonne in Mitteleuropa in einem Winkel von 60° bis 65° steht und bei idealen Wetterbedingungen mit einer Bestrahlungsstärke von etwa 700 Watt pro Quadratmeter auf die breite, ausladende Krone der Buche scheint, laufen die kleinen Kraftwerke in den Blättern auf Hochtouren.

Denn das Chlorophyll ist während des komplexen biochemischen Prozesses, der sich aus den zwei griechischen Wörtern "photos" für Licht und "synthesis" für Zusammensetzung ableitet, dafür verantwortlich, dass die Blätter aus dem Kohlendioxid der Luft und aus dem Wasser des Bodens Nährstoffe hervorbringen können. Der grüne Farbstoff ist in den Farbstoffträgern der Zellblätter, den so genannten Chloroplasten eingelagert. Hier findet die Photosynthese statt.

Auf den Blattunterseiten befinden sich Spaltöffnungen, so genannte Stomata, durch die Luft in das Innere der Blätter gelangt und die Hohlräume zwischen den Pflanzenzellen durchströmt. Durch Nutzung der Sonnenenergie gelingt es den Chlorophyllmolekülen, der Luft das Kohlendioxid zu entziehen. Damit beginnt ein kompliziertes Herstellungsverfahren:

Das Kohlendioxid reagiert mit dem Wasser, das den Baum durchfließt und als Endprodukt entsteht Glucose, auch Traubenzucker genannt. Von diesem energiereichen Stoff lebt und ernährt sich der Baum. Traubenzucker ist wasserlöslich und so kann er durch den ganzen Baum transportiert werden. Neben der Glucose wird aber auch eine andere chemische Verbindung freigesetzt: Sauerstoff, auf den das Leben auf diesem Planeten angewiesen ist.

Bei unserer 100-jährigen Beispielbuche treten pro Stunde etwa 1,7 Kilogramm Sauerstoff aus den Spaltöffnungen der Blätter. Das ist so viel Sauerstoff, wie 50 Menschen im Durchschnitt benötigen, um eine Stunde zu atmen. Je mehr Strahlung das Blatt trifft und je mehr Chlorophyll ein Blatt besitzt, desto höher ist die Photosyntheseleistung. Außerdem spielt die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur eine große Rolle. Bei hoher Luftfeuchtigkeit und etwa 30°C sind die Stomata maximal geöffnet und der Austausch von Kohlendioxid und Sauerstoff ist am besten gewährleistet. Dass die Tropen deshalb als die "Grüne Lunge" des Planeten bezeichnet werden, verwundert angesichts dieser Tatsachen nicht.

Nachdem die oben beschriebene Rotbuche während der letzten Eiszeit aus Mitteleuropa verdrängt wurde, überlebte sie im Mittelmeerraum und begann ihre Rückeroberung des europäischen Verbreitungsgebietes vor etwa 10.000 Jahren. Seither produziert sie täglich von Sonnenauf- bis Sonnenuntergang Sauerstoff und Traubenzucker für sich und ihre Umwelt.

Am 25. Juni 2011 hat das UNESCO-Welterbekomitee fünf alte, deutsche Buchenwaldgebiete in die Liste des Welterbes aufgenommen. Damit reihen sich in das grenzüberschreitende Weltnaturerbe Buchenwälder, dem ursprünglich Waldflächen in der Ukraine und der Slowakei angehören, auch deutsche Wälder ein. Die Welterbestätte heißt jetzt "Buchenurwälder in den Karpaten und alte Buchenwälder in Deutschland". Diese sind der Nationalpark Kellerwald-Edersee in Hessen, der Grumsiner Forst in Brandenburg, der Müritz-Nationalpark in Mecklenburg-Vorpommern, der Nationalpark Jasmund und der Nationalpark Hainich in Thüringen. In diesen Wäldern finden sich Buchen, die stolze 260 Jahre alt sind – damit stellen sie die ehrwürdigsten verbliebenen Reste großflächiger, naturbelassener Buchenbestände in Deutschland dar.

mpr