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Online-Nachschlagewerk zur Meeresforschung
Herausgeber: Dr. D. Völker

Auftreten und Verteilung biogener Sedimente

Autor: Dr. David Voelker

Die Akkumulationsraten von biogenen Schlämmen in der Tiefsee hängen von 3 Faktoren ab: 1) der Fruchtbarkeit der Oberflächenwässer, d.h. der Rate der Bioproduktion, 2) Die Rate der chemischen Lösung beim Absinken und am Meeresboden und 3) dem Einfluß anderer Sedimentquellen, z.B. die "Verdünnung" durch terrigenes Material.

Fertilität und Primärproduktion der Oberflächenwässer

Die Primärproduktion in den Oberflächenwässern hängt von der Verfügbarkeit von Nährstoffen und der Verfügbarkeit von Sonnenlicht ab. Weite Bereiche der photischen Zone der Ozeane sind nährstoffarm, da die vorhanden Nährstoffe kontinuierlich vom existenten Phytoplankton "abgegrast" werden. Die Nährstoffe werden durch das Absinken der abgestorbenen Organismen, (etwa verpackt als Kotpillen ("fecal pellets") von Zooplankton) in mittlere Wassertiefen gebracht, wo sie - wegen fehlendem Sonnenlicht - von Phytoplankton nicht verwendet werden können. Als Resultat dieser biologischen Pumpe reichern sich Nährstoffe in mittlerer und größerer Wassertiefe an und in den Oberflächenwässern ab. Die thermisch bedingte Dichteschichtung der Ozean mit einer stabilen Thermokline verhindert im Allgemeinen die vertikale Durchmischung der Ozeane und somit die Rückführung der Nährstoffe. Dort wo die Thermokline sehr stabil ist und tief liegt (z.B. zentrale Wirbel der Ozeane) sind die Oberflächenwässer verarmt an Nährstoffen. Dies sind die Regionen mit der geringsten Fertilität und den geringsten biogenen Sedimentationsraten. Dort wo die Thermokline instabil ist, d.h. eine vertikale Mischung stattfinden kann (Auftriebsgebiete, ozeanische Divergenz-Zonen) findet man die höchsten Raten an biologischer Produktion.

Verteilung der Bioproduktivität in den Ozeanen

Die Lebensdichte in den Ozeanen, die Raten der Produktion von Biomasse und damit auch Raten der Produktion von biogenen Sedimentpartikeln sind in den Ozeanen sehr ungleichmäßig verteilt: Während die Auftriebsgebiete der Ozeane lediglich 1% der Gesamtfläche der Ozeane ausmachen, tragen sie zu etwa 50% der Biomasse bei. Die offenen Ozeane sind dagegen sterile "biologische Wüsten": mehr als 80% der Fläche erzeugt lediglich ~ 1% der gesamten Biomasse der Ozeane.

Mikronährstoffe, Eisen und das "Antarktische Paradoxon"

Wie bereits erwähnt, wird die Bio-Produktivität der Ozeane wesentlich durch die Verfügbarkeit von Nährstoffen wie Phosphat und Nitrat limitiert, der größte Teil der Produktion von Biomasse geschieht in den Regionen mit Tiefwasser-Auftrieb (upwelling). Es gibt jedoch Regionen der Weltmeere, bei denen die Nähstoff-Konzentrationen hoch genug sein müssten, die aber trotzdem relativ steril sind (sogenannte High-Nutrient, Low-Chlorophyll oder HNLC waters). Dies trifft insbesondere für den Südozean zu (das sogenannte "Antarktische Paradoxon"), damit immerhin für etwa 15-20% der Oberfläche der Weltmeere.

Offenbar wird der Umfang der Photosynthese durch zusätzliche andere Faktoren begrenzt. Laborversuche, bei denen HNLC-Wässern verschiedene Substanzen beigefügt wurden haben gezeigt, daß das Vorhandensein von bzw. der Mangel an Mikronährstoffen und dabei besonders Eisen, eine wesentliche Rolle spielt: "we believe that phytoplankton growth in major nutrient-rich waters is limited by iron deficiency" Dieses Bild signalisiert einen Literaturhinweis!(Martin et al. 1991Martin, John H., R. Michael Gordon, and Steve E. Fitzwater (1991). The Case for Iron. Limnology and Oceanography. 36: 1793-1802.). Diese Stoffe sind allerdings im offenen Ozean schwer zu messen, da sie nur in extrem geringen Konzentrationen vorhanden sind.

Die Beobachtung, dass Eisenmangel in bestimmten Regionen der Weltozeane die Primärproduktivität beschränkt, begründet mehrere Versuche zu einer "Eisendüngung" (iron fertilization) der Meere im großen Massstab.

Lösungsverhalten

Das Lösungsverhalten von Opal und Kalzit/Aragonit in Bezug auf Wassertiefe und Wassertemperatur unterscheidet sich fundamental. Dieser Prozeß überprägt die durch die Primärproduktivität vorgegebenen Muster der Sedimentverteilung. Die Erhaltungsfähigkeit der Schalen hängt vom Sättigungszustand des Wassers ab. Die Korrosivität des Meerwassers in Bezug auf CaCO3 nimmt mit der Tiefe (und dem Alter des Meerwassers) zu (siehe hierzu: CCD und ACD). Die in der unteren Tabelle sichtbare Abnahme der Flächenanteile von Foraminifernschlämmen vom Atlantik (65%) über den Indischen Ozean (54%) zum Pazifik (36%) ist in erster Linie ein Lösungseffekt. Die Anreicherung von Kalzitschlämmen ist sehr viel deutlicher von diesem Effekt bestimmt, als von der Fertilität der Ozeane.

Prozentualer Anteil an der Bedeckung des Meeresbodens
Prozent der Fläche Atlantik Pazifik Indischer Ozean Gesamt
Foraminiferenschlamm 65 36 54 47
Pteropodenschlamm 2 0.1 - 0.5
Diatomeenschlamm 7 10 20 12
Radiolarienschlamm - 5 0.5 3
brauner Tiefseeton 26 49 25 38
Relative Fläche des Ozeans 23 53 24 100

Zahlen nach Dieses Bild signalisiert einen Literaturhinweis!Kennett, 1982Kennett, J. P. (1982). Marine geology. Englewood Cliffs: Prentice-Hall.

Im Gegensatz dazu findet die Lösung des größten Teils des Opalmaterials in den stark Kieselsäure-untersättigten Oberflächenwässern statt. Die Löslichkeit von Opal nimmt mit zunehmender Wassertiefe und abnehmender Temperatur ab.

Lösung von Kalzit und SiO2

Unterschiedliches Lösungsverhalten von Kalzit und SiO2: Lösung von SiO2 erfolgt vor allem in den obersten Wasserschichten. Wenn die Partikel aus dieser Korrosionszone herausfallen, ist die Wahrscheinlichkeit, daß die sedimentiert werden hoch. Die Korrosion von Kalzit beginnt unterhalb der Lysokline und äußert sich als Kalzit-Kompensationstiefe (CCD)



Silikatische Sedimentation spiegelt in erster Linie die Bioproduktivität und damit Fruchtbarkeit der OF-Wässer wieder: bei dem Vorhandensein von Nährstoffen (und gelöster Kieselsäure) durch das Auftauchen von Tiefenwasser können Diatomeen und Radiolarien eine extrem hohe Lebensdichte erreichen. Außerdem sind diese Wässer nicht so stark untersättigt.