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

Chemisches System Ozean

Autor: Dr. David Völker

Die chemische Zusammensetzung von Meerwasser weicht stark von der Zusammensetzung der meisten Flusswässer ab. Daher würde es zu kurz greifen den Ozean nicht als "passives" Auffangbecken (sozusagen als Endlager) für Stoffeinträge (z.B. aus Flüssen) zu betrachten. Man muss ihn vielmehr als chemisches System betrachten, das chemisch durch eine Gesamtbilanz von Stoffeinträgen und -austrägen bestimmt wird.

Der Ozean als „Mülleimer“: Wenn man sich vorstellt, dass alle gelösten und partikulären Stoffe, die in Flüssen transportiert werden im Ozean enden, dann müsste durch diesen über Jahrmillionen kontinuierlichen Prozess ein Meerwasser entstehen, das chemisch gesehen eine „konzentrierte Version“ der Zusammensetzung von Flusswasser wäre. (Hier sei unterstellt, dass der Flusseintrag der wichtigste "input" ist). Vergleicht man jedoch die Zusammensetzung von Meerwasser und einem "mittleren"* Flusswasser, dann stellt man große Unterschiede fest. (*Flüsse sind sehr unterschiedlich in der Zusammensetzung ihrer chemischen Lösungsfracht. "Mittleres" Flusswasser ist daher eine weltweite Mittelung der chemischen Zusammensetzung von 200 Flüssen)

Vergleich von Flusswasser und Meerwasser
Element Seewasser [in mg/l] mittleres Flusswasser [in mg/l] Anreicherungsfaktor
Kationen
Na+ 10733 5.3 2025.1
K+ 399.00 1.50 266.0
Ca2+ 412.00 13.30 31.0
Mg2+ 1294.00 3.10 417.4
Anionen
Cl- 19344.00 6.00 3224.0
SO42- 2712.00 8.700 311.7
HCO3- 142.00 51.70 2.7

Tabelle einiger chemischer Hauptkomponenten der Lösungsfracht von Meerwasser und einer über 200 Flüsse gemittelten Zusammensetzung von Flusswasser (nach Dieses Bild signalisiert einen Literaturhinweis!Chester, 2003Chester, R. (2003). Marine Geochemistry. Blackwell Publishing Oxford. 506 S.). Die Dritte Spalte ist der Faktor der Anreicherung der Konzentration vom Meerwasser imVergleich zum Flusswasser (Spalte 1 geteilt durch Spalte 2). Wenn Meerwasser eine "konzentrierte Version" von Flusswasser wäre, dann sollte die Anreicherung der unterschiedlichen Elemente gleich groß sein. Dies ist klar nicht der Fall.

Der Ozean als durchmischtes Reservoir: Die Konzentrationen von Ionen im Meerwasser sind demnach nicht allein durch die Zufuhr von Stoffen über die Flüsse zu erklären, denn: (1) gibt es noch andere Wege, auf denen chemische Signale in den Ozean kommen und (2) gibt es verschiedene Austragswege, auf denen Ionen das System Ozean wieder verlassen (Einbau in Sedimente...). Wenn der gesamte Eintrag (Input) eines Ions x, Ix dem gesamten Austrag (Output) Ox entspricht (im Gleichgewicht ist), spricht man von einem stationären System. Die jeweilige Konzentration eines Ions im Verhältnis zum Input (die Anreicherung) gibt eine Auskunft über seine Reaktivität: Ist die Konzentration im Meerwasser im Verhältnis z.B zum Flusseintrag sehr hoch (wie bei Cl-), dann weist das darauf hin, dass dieses Ion im chemischen Sinne träge ist, d.h. kaum an Reaktionen teilnimmt, die zu seiner Entfernung aus dem System Ozean beitragen. Ist die Anreicherung im entgegengesetzten Fall sehr gering, weist das darauf hin, dass dieses Ion an (bio)chemischen Reaktionen teilnimmt, die zur Ausfällung aus dem System Ozean führen. Anders gesagt: die Konzentration eines bestimmten Ions im Ozean ist ein Gleichgewicht zwischen dem Input und dem Output.

Auf dieser Grundlage beruht die Idee der mittleren Verweildauer eines Ions im Ozean: Wenn Kx die Stoffmenge eines Ions X ist, und Ix die Stoffzufuhr von X pro Zeit ist, dann ist die Verweildauer T =Kx / Ix Wenn die Verweildauer sehr viel größer als die Durchmischungszeit eines Ozeans ist (für diese wird etwa 1000 Jahre angenommen), dann spricht man von einem durchmischten Reservoir. Dies trifft auf alle konservativen Bestandteile zu.

Man kann die mittlere Verweildauer recht einfach berechnen, wenn man den Input über Flüsse als Haupteintragsweg annimmt. Die Konzentrationen der Ionen im Ozean und in durchschnittlichen Flusswasser können Sie der Tabelle oben entnehmen. Die Menge an Flusswasser, das sich weltweit in die Ozeane ergießt beträgt etwa 9 Sverdrup (Sv, Sverdrup ist ein in der Ozeanographie gebräuchliches Maß für Flux, also Volumen pro Zeit). Ein Sverdrup ist definiert als 1 Millionen Kubikmeter pro Sekunde 1 Sv = 106m3s-1. Das Volumen der Ozeane beträgt 1.37 x 109 km3 (nach Dieses Bild signalisiert einen Literaturhinweis!Duxbury, 2000Die Literaturangabe fehlt noch.. Für Na+ kommt man so auf eine Verweildauer von fast 10 Millionen Jahren.