Einwirkung von Einwirkung von Umweltfaktoren auf die Umweltfaktoren auf die

Entwicklung des Entwicklung des Phytoplankton im Phytoplankton im

SüdpolarmeerSüdpolarmeer

Helgoland 2004Sven Kranz

Das Südpolarmeer IDas Südpolarmeer I

Südlich vom 50. Grad südlicher Südlich vom 50. Grad südlicher geographischer Breitegeographischer Breite

Umfasst 20 % der WeltmeereUmfasst 20 % der Weltmeere

Südlicher Teil des Atlantiks, des PazifiksSüdlicher Teil des Atlantiks, des Pazifiks

und des Indischen Ozeansund des Indischen Ozeans

Das Südpolarmeer IIDas Südpolarmeer II

Charakteristisch ist der Charakteristisch ist der CircumpolarstromCircumpolarstrom

– Die einzige Meeresströmung, die die ganze Erde Die einzige Meeresströmung, die die ganze Erde beeinflusst:beeinflusst:

Geschlossener Ring um die Erde, beeinflusst Geschlossener Ring um die Erde, beeinflusst den Atlantik, Pazifik und den Indischen Ozeanden Atlantik, Pazifik und den Indischen Ozean

Wassertransport: 140 Mio. mWassertransport: 140 Mio. m33/s/s

– Es herrschen unterschiedlichste physikalische und Es herrschen unterschiedlichste physikalische und chemische Zuständechemische Zustände

Temperatur, Nährstoff, LichtTemperatur, Nährstoff, Licht

Das Südpolarmeer IIIDas Südpolarmeer III

Schwierige WetterverhältnisseSchwierige Wetterverhältnisse

Erforschung dieses Gebietes in früheren Zeiten Erforschung dieses Gebietes in früheren Zeiten sehr schwierigsehr schwierig

Studien des Phytoplankton im Studien des Phytoplankton im Südpolarmeer ISüdpolarmeer I

1930 Norwegische Untersuchungen1930 Norwegische Untersuchungen– „„Antarktisches Paradoxon“:Antarktisches Paradoxon“:

geringe Chlorophyllkonzentration-geringe Chlorophyllkonzentration-hoher Makronährstofflevelhoher Makronährstofflevel

-> HNLC:high nitrogen – low chlorophyll-> HNLC:high nitrogen – low chlorophyll

– wichtige Rolle von Eisen und Kieselsäure wichtige Rolle von Eisen und Kieselsäure in der Kontrolle der Phytoplankton-in der Kontrolle der Phytoplankton-EntwicklungEntwicklung

Studien des Phytoplankton im Studien des Phytoplankton im Südpolarmeer IISüdpolarmeer II

1960 – 1970 viele Untersuchungen1960 – 1970 viele Untersuchungen

– Ergebnisse: Bedeutung der Ergebnisse: Bedeutung der Primärproduktion des PhytoplanktonsPrimärproduktion des Phytoplanktons

1978 der erste Satellit 1978 der erste Satellit – „„coastal zone color scanner“ (CZCS1)coastal zone color scanner“ (CZCS1)

CZCS1CZCS1

Studien des Phytoplankton im Studien des Phytoplankton im Südpolarmeer IIISüdpolarmeer III

1980 SIZ (Weddel/Ross Sea)1980 SIZ (Weddel/Ross Sea) 1990 RACER, EPOS1990 RACER, EPOS Martin et al.:Martin et al.:

Eisen bewirkt Anstieg der KohlenstofffixierungEisen bewirkt Anstieg der Kohlenstofffixierung

und der Nitratverwertungund der Nitratverwertung

=> Weitere Untersuchungen dieses Phänomens => Weitere Untersuchungen dieses Phänomens sind nötigsind nötig

Unterschiedliche Unterschiedliche NährstoffverteilungNährstoffverteilung

Beziehung zwischen Meerestiefe und Beziehung zwischen Meerestiefe und NährstoffversorgungNährstoffversorgung

– UPWELLINGUPWELLING

Polar Front (Pacific) <-> Weddel SeaPolar Front (Pacific) <-> Weddel Sea

Nitrat Nitrat Silicium <-> Nitrat Silicium <-> Nitrat Silicium Silicium

Große Auswirkungen auf Diatomeen WachstumGroße Auswirkungen auf Diatomeen Wachstum

LimitierungsfaktorenLimitierungsfaktoren

TemperaturTemperatur– Wassertemperaturen unter 5°CWassertemperaturen unter 5°C

LichtLicht– Lichtabnahme in tieferen Regionen (bis 100m)Lichtabnahme in tieferen Regionen (bis 100m)

NitratNitrat– Direkter Zusammenhang mit Eisen (Katalysator)Direkter Zusammenhang mit Eisen (Katalysator)

KieselsäureKieselsäure– Einbau in DiatomeenEinbau in Diatomeen

EisenEisen– PhotosynthesePhotosynthese

Saisonale Verteilung der Saisonale Verteilung der Limitierungsfaktoren Limitierungsfaktoren

  Diatomeen  

  J A S O N D J F M A M J

Licht                        

Eisen                        

Silicium                        

    Phaeocystis antarctica

Licht                        

Eisen                        

Andere                        

Zusammenhängende Zusammenhängende Limitierungsfaktoren Limitierungsfaktoren

0

1

2

3

4

5

0 2 4 6 8 10 12

Tage

Ch

loro

ph

yll

[m

g*m

-3]

65 m

40m

100m

Eisen – Licht - BeziehungEisen – Licht - Beziehung

Eisen als SchlüsselnährstoffEisen als Schlüsselnährstoff

SOIREESOIREESüdlich der Polarfront mit genügend Licht undSüdlich der Polarfront mit genügend Licht und

Silizium (nahe Australien)Silizium (nahe Australien)Es wurde gezeigt, das Eisenversorgung Es wurde gezeigt, das Eisenversorgung

direkt Einfluss nimmt auf:direkt Einfluss nimmt auf:– PhotosyntheseratePhotosyntheserate– WachstumsrateWachstumsrate– Chlorophyll LevelChlorophyll Level– Nitrat-AufnahmeNitrat-Aufnahme– Kieselsäure-EinbauKieselsäure-Einbau

Mittel zur Minderung des Mittel zur Minderung des atmosphärischen atmosphärischen

Treibhauseffektes?Treibhauseffektes?

Eiseneintrag in die Meere bewirkt Eiseneintrag in die Meere bewirkt nachweislich Algenwachstumnachweislich Algenwachstum

Nach Sandsturm in der Sahara entstehen Nach Sandsturm in der Sahara entstehen Algenblüten im Golf von MexikoAlgenblüten im Golf von Mexiko

Auswirkungen des Eiseneintrags in Auswirkungen des Eiseneintrags in FloridaFlorida

Starkes AlgenwachstumStarkes Algenwachstum Viele Toxinbildende AlgenViele Toxinbildende Algen

Fischsterben, negative Auswirkungen auf die Fischsterben, negative Auswirkungen auf die TourismusbrancheTourismusbranche

Aber Kohlenstoffeintrag aus der Aber Kohlenstoffeintrag aus der

Atmosphäre in das MeerAtmosphäre in das Meer Anreicherung des COAnreicherung des CO22 in der Zelle (CCM) in der Zelle (CCM)

Modellierter Eiseneintrag Heute (g*m-2*a-1) Modellierter Eiseneintrag während der letzten Eiszeit (g*m-2*a-1)

JGOFS (Joint Global Ocean Flux JGOFS (Joint Global Ocean Flux Study)Study)

Kohlenstoffeintrag in die Weltmeere Kohlenstoffeintrag in die Weltmeere durch Phytoplanktondurch Phytoplankton

CCM – Kohlenstoff – CCM – Kohlenstoff – Konzentrierungs - MechanismusKonzentrierungs - Mechanismus

Aktuelle VersucheAktuelle Versuche

EISENEX (2000)EISENEX (2000)"Polarstern" erzeugt mit 50 Kubikmeter Eisenlösung eine 500"Polarstern" erzeugt mit 50 Kubikmeter Eisenlösung eine 500

Quadratkilometer große Planktonblüte im Südlichen OzeanQuadratkilometer große Planktonblüte im Südlichen Ozean

EIFEX (2004)EIFEX (2004)Eisendüngung des Ozeans steigert Nahrung für Tierwelt und Eisendüngung des Ozeans steigert Nahrung für Tierwelt und

verlagert Kohlendioxid in die Tiefseeverlagert Kohlendioxid in die Tiefsee

– Theorie: 10% -15% des freigesetzten Theorie: 10% -15% des freigesetzten COCO22 können vom Ozean aufgenommen können vom Ozean aufgenommen werdenwerden

– Praxis:Praxis:

Phytoplankton Zooplankton

MeerwasserEisenzugabe

WachstumAbsterbenAbsinken

FressenVermehrenAbsterbenAbsinken

Zusammenfassung/ZieleZusammenfassung/Ziele

Das Südpolarmeer beherrscht das WeltklimaDas Südpolarmeer beherrscht das Weltklima Kleine Änderungen im Klima (Globale Erwärmung) haben große Kleine Änderungen im Klima (Globale Erwärmung) haben große

Folgen für das Leben im SüdpolarmeerFolgen für das Leben im Südpolarmeer Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass Eisenmangel für die Neueste Forschungsergebnisse zeigen, dass Eisenmangel für die

niedrige Phytoplankton Menge verantwortlich istniedrige Phytoplankton Menge verantwortlich ist Auf dem Gebiet des COAuf dem Gebiet des CO22 Eintrags in die Weltmeere wird zur Zeit Eintrags in die Weltmeere wird zur Zeit

geforschtgeforscht Neue Forschungsreisen und Vor-Ort Untersuchungen müssen Neue Forschungsreisen und Vor-Ort Untersuchungen müssen

durchgeführt werdendurchgeführt werden

LiteraturangabenLiteraturangaben

Boyd Phillip W.; J. Phycol. 38, 844-Boyd Phillip W.; J. Phycol. 38, 844-861 (2002) 861 (2002)

www.awi-bremerhaven.dewww.awi-bremerhaven.de www.bsh.dewww.bsh.de www.daac/dsfc.nasa.govwww.daac/dsfc.nasa.gov www.expeditionzone.comwww.expeditionzone.com www.orf.atwww.orf.at

DANKE