Marine Primärproduktion und Plankton

Treibendes Phytoplankton, einzeln unsichtbar, aber in der Masse gewaltig, leistet etwa die Hälfte der Photosynthese der Erde und wandelt Sonnenlicht und Nährstoffe in organische Materie um, die fast alles Leben im Meer ernährt.

Definition

Marine Primärproduktion ist die Synthese organischer Materie aus Kohlendioxid durch photosynthetische Organismen im Meer; Plankton sind die treibenden Organismen – Phytoplankton, Zooplankton und Mikroben –, die diese Produktion ausführen und konsumieren.

Scope

Dieses Thema behandelt das photosynthetische Phytoplankton und das Zooplankton, das sich davon ernährt, die Messung der Primärproduktion, die Licht- und Nährstoffkontrollen der Produktivität, die saisonale Dynamik von Planktonblüten sowie die wichtigsten Planktongruppen und ihre ökologischen Rollen.

Core questions

• Welche Organismen führen die Primärproduktion im Ozean durch und wie wird sie gemessen?
• Wie bestimmen Licht- und Nährstoffverfügbarkeit die Rate und den Ort der Produktion?
• Was löst saisonale Phytoplanktonblüten aus und beendet sie?
• Wie beeinflussen die Beweidung durch Zooplankton und die mikrobielle Schleife das Schicksal der Primärproduktion?

Key theories

Hypothese der kritischen Tiefe

Eine Phytoplanktonblüte entwickelt sich, wenn die durchmischte Schicht so flach wird, dass das durchschnittliche Licht über der durchmischten Schicht das Niveau übersteigt, bei dem die Photosynthese die Respiration ausgleicht, wodurch die Physik der Wassersäule mit dem Zeitpunkt der Blüte verknüpft wird.

Licht- und Nährstofflimitierung

Die Produktion wird gemeinsam durch Licht, das mit der Tiefe abnimmt, und durch Nährstoffe, die mit der Tiefe zunehmen, begrenzt, wodurch der Großteil der Produktion auf eine sonnenbeschienene Schicht beschränkt wird, deren Produktivität von der Nährstoffnachlieferung abhängt.

Mechanisms

Phytoplankton in der euphotischen Zone nutzt Sonnenlicht, um Kohlendioxid und Nährstoffe in organische Materie umzuwandeln; ihr Wachstum ist begrenzt, wo Licht in der Tiefe knapp ist oder Nährstoffe an der Oberfläche fehlen. Saisonale Erwärmung und reduzierte Durchmischung schließen Zellen in der beleuchteten Schicht ein, was Blüten auslöst, die später durch Nährstofferschöpfung und Beweidung durch Zooplankton eingeschränkt werden.

Clinical relevance

Die Primärproduktion bestimmt die Produktivität der Fischerei und die Stärke der Kohlenstoffsenke der Ozeane, während Verschiebungen in Plankton-Gemeinschaften und im Zeitpunkt der Blüten empfindliche Indikatoren des Klimawandels sind; schädliche Algenblüten bestimmter Planktonarten stellen Risiken für die menschliche Gesundheit und die Aquakultur dar.

History

Hensens quantitative Planktonzählungen in den 1880er Jahren begründeten die Erforschung der Ozeanproduktivität; Sverdrups kritische Tiefentheorie von 1953 verknüpfte den Beginn der Blüte mit Durchmischung und Licht, und die Satellitenfernerkundung der Meeresfarbe ab den 1980er Jahren ermöglichte die ersten globalen Karten der marinen Primärproduktion.

Key figures

• Harald Sverdrup
• Gordon Riley
• Paul Falkowski

Seminal works

• millerWheeler2012
• falkowskiRaven2007

Frequently asked questions

Wie viel der Photosynthese der Erde findet im Ozean statt?

Marines Phytoplankton macht etwa die Hälfte der globalen Netto-Primärproduktion aus, vergleichbar mit allen Landpflanzen zusammen, obwohl es nur einen winzigen Bruchteil der photosynthetischen Biomasse des Planeten ausmacht.

Warum treten Phytoplanktonblüten im Frühling auf?

Wenn die Frühlingserwärmung die vertikale Durchmischung reduziert, bleiben Phytoplanktonzellen lange genug in der sonnenbeschienenen Oberflächenschicht, um schneller zu wachsen, als sie verloren gehen, was zu einer raschen Zunahme ihrer Häufigkeit führt.