Gelöster Sauerstoff und Nährstoffkreislauf

Das Zusammenspiel von Photosynthese an der Oberfläche und Respiration in der Tiefe prägt die vertikalen Muster von Sauerstoff und Nährstoffen im Ozean und steuert, wo Leben gedeiht und wo sauerstoffarme Zonen expandieren.

Definition

Der Nährstoffkreislauf ist die Bewegung biologisch essenzieller Elemente zwischen gelösten, partikulären und lebenden Pools im Ozean, gekoppelt an die Produktion und den Verbrauch von gelöstem Sauerstoff während Photosynthese und Respiration.

Scope

Dieses Thema behandelt die Löslichkeit und Verteilung von gelöstem Sauerstoff, die Bildung und Dynamik von Sauerstoffminimumzonen, die wichtigsten limitierenden Nährstoffe (Nitrat, Phosphat, Silikat) und Mikronährstoffe wie Eisen, die biologische Pumpe, die organisches Material exportiert, sowie die Regeneration von Nährstoffen und den Sauerstoffverbrauch während der Zersetzung.

Core questions

• Was steuert die Löslichkeit und vertikale Verteilung von gelöstem Sauerstoff im Ozean?
• Wie bilden sich Sauerstoffminimumzonen, und warum dehnen sie sich aus?
• Welche Nährstoffe begrenzen die Primärproduktion in verschiedenen Ozeanregionen?
• Wie verteilt die biologische Pumpe Kohlenstoff und Nährstoffe zwischen Oberflächen- und Tiefengewässern um?

Key theories

Redfield-Verhältnis und Remineralisierung

Marines organisches Material bildet sich und zerfällt mit einem charakteristischen Kohlenstoff-Stickstoff-Phosphor-Verhältnis, sodass die Respiration in der Tiefe Sauerstoff verbraucht und Nährstoffe in vorhersagbaren Proportionen regeneriert.

Die biologische Pumpe

Absinkende organische Partikel transportieren Kohlenstoff und Nährstoffe von der sonnenbeschienenen Oberfläche in den tiefen Ozean, wo ihre Zersetzung Sauerstoff verbraucht und Kohlenstoff von der Atmosphäre fernhält.

Mechanisms

Phytoplankton in der sonnenbeschienenen Oberfläche nimmt Nährstoffe auf und setzt während der Photosynthese Sauerstoff frei; das von ihm produzierte organische Material sinkt ab und wird in der Tiefe respiriert, wobei Sauerstoff verbraucht und Nährstoffe wieder in Lösung freigesetzt werden. Wo die Zirkulation wenig Sauerstoff liefert und die Respiration hoch ist, entwickeln sich Sauerstoffminimumzonen, und Auftrieb führt regenerierte Nährstoffe zurück, um weitere Produktion anzutreiben.

Clinical relevance

Die Nährstoffversorgung steuert die Produktivität der Ozeane und die Fischerei, während abnehmender Sauerstoff und expandierende Todeszonen marine Ökosysteme bedrohen; beides reagiert empfindlich auf Erwärmung und Zirkulationsänderungen, was sie zu Schlüsselindikatoren für die Gesundheit der Ozeane unter dem Klimawandel macht.

History

Redfield stellte in den 1930er-1950er Jahren den proportionalen Zusammenhang zwischen marinen Nährstoffen und Biologie her; spätere Arbeiten, einschließlich Martins Eisenhypothese der späten 1980er Jahre, zeigten, dass knappe Mikronährstoffe die Produktivität über weite Ozeanregionen begrenzen können, was das Verständnis der Nährstoffkontrolle neu gestaltete.

Key figures

• Alfred Redfield
• John Martin

Seminal works

• sarmientoGruber2006
• redfield1958

Frequently asked questions

Was ist eine Sauerstoffminimumzone?

Es ist eine Tiefenschicht, typischerweise in den oberen wenigen hundert bis tausend Metern, in der der gelöste Sauerstoff auf sehr niedrige Werte absinkt, weil die Respiration Sauerstoff schneller verbraucht, als die träge Zirkulation ihn nachliefern kann.

Warum ist Eisen ein wichtiger Nährstoff im Ozean?

Eisen wird für die Photosynthese benötigt, ist aber in weiten Teilen des offenen Ozeans extrem knapp, sodass es in Regionen, die reich an anderen Nährstoffen sind, der Faktor sein kann, der das Wachstum von Phytoplankton begrenzt.