Das ENSO-Phänomen

Nährstoff

Korrekter 'Makronährstoff', jede lebensnotwendige Substanz, die ein Organismus aus seiner Umgebung erhält, und die funktional in die Stoffwechselprozesse lebender Organismen eingebunden sind, mit Ausnahme von Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser. Im Ozean sind dies Phosphor (P), Stickstoff (N) und Silizium (Si).

Die Nahrungskette der Ozeane basiert auf den sogenannten Primärproduzenten, einzelligen Algen (vor allem Diatomeen und Coccolithophoriden). Die Verbreitung der Primärproduzenten und damit generell die Bioproduktivität einer ozeanischen Region wird vor allem gesteuert und begrenzt durch die Verfügbarkeit von Licht und Makronährstoffen. Die Produktivität eines Ökosystems ist durch die Verfügbarkeit des Nährstoffs begrenzt, der zuerst verbraucht wird.

Die folgende Animation zeigt den 10-Jahres-Durchschnitt von 1997 bis 2007 der mit dem Satelliten-Instrument SeaWiFS gemessenen Ozean-Chlorophyll-Konzentration und der Landdaten des Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) auf einem rotierenden Globus. Durch die Überwachung der Farbe des reflektierten Lichts per Satellit können Wissenschaftler feststellen, wie erfolgreich das Pflanzenleben Photosynthese betreibt. Eine Messung der Photosynthese ist im Wesentlichen eine Messung des erfolgreichen Wachstums, und Wachstum bedeutet eine erfolgreiche Nutzung des umgebenden Kohlenstoffs.

Die Animation zeigt einen Durchschnitt der SeaWiFS-Daten aus 10 Jahren. Dunkelblau repräsentiert wärmere Gebiete, in denen tendenziell ein Nährstoffmangel herrscht, und Grün- und Rottöne repräsentieren kühlere, nährstoffreiche Gebiete, die das Leben unterstützen. Zu den nährstoffreichen Gebieten gehören Küstenregionen, in denen kaltes Wasser vom Meeresboden aufsteigt und Nährstoffe mitbringt, sowie Gebiete an den Mündungen von Flüssen, in denen die Flüsse Nährstoffe vom Land in den Ozean gebracht haben.

Phosphor kommt im Ozean als anorganisches und organisches Phosphat vor. Es dient als Baustein der organischen Gewebe und wird in Hartteile (Zähne, Schuppen und Knochen) von Organismen eingebaut. Es wird dem Meerwasser überwiegend durch die bakterielle Oxidation organischer Materie, also durch Recycling von Biomasse zugeführt.

Stickstoff kommt im Ozean als Nitrat, Nitrit und Ammoniak vor. Es dient als Baustein der organischen Gewebe und wird dem Ozean durch die bakterielle Oxidation organischer Materie, Flusseintrag, sowie den Eintrag durch die Luft (Aerosole) zugetragen. Einige Cyanobakterien sind darüber hinaus in der Lage, Stickstoff aus der Luft zu binden.

Silizium dient vor allem als Baustein für Skelette von Diatomeen und Radiolarien. Es erreicht den Ozean durch Flusseintrag, Eintrag durch die Luft (Staub), sowie Gletschereintrag (Gletschertrübe) v. a. aus der Antarktis, sowie durch die Lösung von silikatischen Schalen.

Die Verteilungsmuster von Nährstoffen im Ozean zeigen ähnliche Muster und sind mit der Verteilung von Sauerstoff in den Ozeanen korreliert. Die Aufnahme von Nährstoffen durch Phytoplankton findet fast ausschließlich in der lichtdurchfluteten euphotischen Zone statt (Photosynthese). Durch das Absinken von Exkrementen und toten Organismen wird ein Teil dieser Nährstoffe in tiefere Bereiche entfernt. Die Organismen sind sehr effektiv darin, Nährstoffe an sich zu binden und letztlich aus der photischen Zone zu entfernen, daher sind die obersten Bereiche der Ozeane in der Regel nährstoffarme (oligotrophe) blaue Wüsten. Nur in der Nähe der Küsten (Schelfe) und in Auftriebsgebieten, d.h. dort wo Nährstoffe aus der Tiefe zurück zur Meeresoberfläche geführt werden, ist eine hohe Bioproduktion möglich.

In der Wassersäule wird die Biomasse bakteriell zersetzt, die Nährstoffe werden zum Teil wieder frei gesetzt, jedoch dort, dort wo keine Photosynthese möglich ist. Es kommt daher zur Anreicherung von Nährstoffen in der Tiefe, in der die Zersetzung am effektivsten wirkt. Der Effekt akkumuliert über die Zeit, dadurch gilt prinzipiell, dass der Nährstoffgehalt einer Wassermasse umso höher ist, je länger sie nicht mehr im Kontakt mit der Atmosphäre war.

Die Zersetzung von Biomasse verbraucht Sauerstoff, daher nimmt die Nährstoffkonzentration i.A. mit der Tiefe zu, die Sauerstoffkonzentration ab (gegenläufige Korrelation). Die höchste Nährstoffkonzentration befindet sich in der sogenannten Sauerstoff-Minimum-Zone (OMZ) zwischen 1000 und 2000 m Wassertiefe.

Meriodionalschnitt der Phosphat-, Nitrat- und Silikatkonzentration der oberen 5.000 m im Pazifik entlang 170° W Beachtenswert ist die starke Zunahme der Nährstoffkonzentration mit der Tiefe. Quelle: M. Tomczak (2002)