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

Nährstoffe

Autor: Dr. David Völker

Als Nährstoffe (genauer gesagt Makronährstoffe) werden Substanzen bezeichnet, die funktional in die Stoffwechselprozesse lebender Organismen eingebunden sind. 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 die Bioproduktivität einer ozeanichen Region überhaupt wird vor allem gesteuert und begrenzt durch die Verfügbarkeit von Licht und (Makro)nährstoffen. Die Produktivität eines Ökosystem ist durch die Verfügbarkeit des Nährstoffs begrenzt, der zuerst verbraucht wird, wie schon Justus Liebig feststellte.

Phosphor kommt im Ozean als anorganisch 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 Meerewasser 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 & Radiolarien. Es erreicht den Ozean durch Flusseintrag, Eintrag durch die Luft (Staub), sowie Gletschereintrag (Gletschertrübe) v.A. aus der Antarktis, sowie durch dieLösung von silikatischen Schalen

Die Verteilungsmuster von Nährstoffen im Ozean zeigen ähnliche Muster und sind mit der Verteilung von Sauerstoff in den Ozeanen koreliert. 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 (sog. Exportproduktion). 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, umso länger siw 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 finden wir in der sogenannten Sauerstoff-Minimum-Zone (OMZ) zwischen 1000 und 2000 m Wassertiefe.

Verteilung von Phosphat, Nitrat und Silikat mit der Tiefe in einem Querprofil über den Atlantischen Ozean zwischen Südamerika und Südafrika. Die Profile zeigen eine starke Abreicherung von Nährstoffen im Oberflächenwasser der Ozeane, sowie eine Anreicherung in 1000-2000 m Tiefe. Unterhalb dieser Tiefe wird der Gehalt wesentlich von von der thermohalinen Zirkulation beeinflusst. Grafik aus der Abbildungsgalerie des eWOCE-Atlas von R. Schlitzer (AWI Bremerhaven). Mit dem eWOCE - Atlas kännen Daten des World Ocean Circulation Programs (WOCE) schnell und vielseitig zu Grafiken aufgearbeitet werden.