globale Kreisläufe

• im Oberflächenwasser ist genug Lichteinstrahlung für oxygene Photosynthese durch Primärproduzenten

• Tagsüber wird mit der Lichteinstrahlung viel Photosynthese betrieben

  • viel Sauerstoff wird produziert

  • viel CO2 wird fixiert

• Nachts bleibt die Photosynthese aus, aber die Respiration hält an

  • Sauerstoff wird verbraucht

  • CO2 wird produziert

• Bakterien nehmen Nährstoffe über Diffusion auf

• Schütten dafür Exoenzyme zur Verkleinerung aus

• Exoenzyme sind eine Energieinvestition

• Festsetzen stellt sicher / erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Nährstoffe auch tatsächlich aufgenommen werden können

• Methanhydrat

  • Methan in Eis eingefroren

• Erdölbildung

Acetylen hat auch eine Dreifachbindung

• einzige Quelle und Senke sind phosphorreiche Gesteine

• Kein großes Reservoir wie bei Stickstoff

  • von Verwitterung abhängig

• Von allen Organismen benötigt

  • Nukleinsäuren und ATP

• Eisen kann Elektronen aufnehmen und wieder abgeben

• positives Redoxpotenzial

• Eisenschwefelzentren oder Hämgruppen können als Elektronencarrier in Elektronentransportketten genutzt werden

• als Sulfat im Meerwasser in so hohen Konzentrationen vorhanden, dass er nie limitierend wirkt

  • oxisch gelöst im Wasser

  • SO42-

Das Verhältnis von C, N und P beträgt im Meer und in Phytoplankton 106:16:1

• In molaren Konzentrationen

• Bei Zooplankton und Bakterien anders

• Methan ist die reduzierteste

• CO2 ist die oxidierteste

DIC: dissolved inorganic carbon

• CO2, Carbonat

DOC: dissolves organic carbon

PIC: particulate inorganic carbon

• Kalk

POC: particulate organic carbon

Quellen:

• atmosphärische Quelle (CO2)

  • Fixierung durch oxygene PS

Senken:

• langfristige Einbettung von organischem Material in Sedimenten

  • Entstehung von Öl

  • Wenn keine Elektronenakzeptoren mehr verfügbar sind

  • Schwer abbaubare Organik (langkettige KH, Aromaten)

• organisches Material wird so weit verwertet, bis schwer verwertbares Material übrig bleibt

• Dieses sedimentiert ab

• mehr Licht

• Wärmer

• Wassersäule weniger durchmischt

Viel unattraktives, unverwertbares organisches Material

• Aromaten

• absinkende Partikel werden von Bakterien besiedelt

• Bakterien bauen Partikel mit Exoenzymen ab

• Teil der Nährstoffe bleibt so in der photischen Zone und sedimentiert nicht ab

• photische Zone: O2 zugefügt, CO2 fixiert

• Unterhalb der photischen Zone: Respiration verbraucht O2 und fügt CO2 zu

  • = Sauerstoffminimumzone (OMZ)

• Unterhalb von 800m steigt der Sauerstoffgehalt wieder:

  • Tiefenwasserbildung, Frischwasser mit Sauerstoff durch Zirkulation

• starker Auftrieb

• Mehr organisches Material gebildet

• Mehr oM sinkt ab

• Mehr Respiration

• Gewicht und Geometrie haben auch Einfluss

• Diatomeen überrepräsentiert wegen schwerer Schale

• Artefakte da andere Organismen nicht mehr erkennbar sind

1. schlechte Qualität

   • bereits abgegebenes, verarbeitetes DOM durch Mikroorganismen

   • Reine KH ohne N oder P

2. Diverse Verbindungen

   • Abbau von diversen Verbindungen erfordert viel Energie durch Enzymproduktion

   • Nur häufigste organische Verbindungen werden verwertet

CO2, zu Methan reduziert

Reduziert: Ammonium

Oxidiert: Nitrat (NO3-)

Kann Elektronenakzeptor und -Donor sein

• Reservoir: atmosphärisches N2

• Quelle: Stickstofffixierung durch Bakterien

• Senke: Nitratatmung (N2)

  • Nitrat als Elektronenakzeptor anstatt O2

  • N2 entsteht

Einzige Quelle und Senke: Phosphorreiche Gesteine

Phosphor ist nicht redoxaktiv: stets Oxidationsstufe +5

• Fe2+

  • Fe3+ nicht löslich

• in reduzierten Bedingungen

  • fällt in oxidierten Bedingungen als Eisenhydroxid (Rost) aus

• Siderophore halten Fe in Lösung

• Atmosphärischer Staub

• Hydrothermale Quellen

• Hauptquelle: Flüsse

• Hauptsenke: Silicatreiche Gesteine

• Nicht redoxaktiv

• Im Oberflächenwasser fast überall stark untersättigt

• Wichtiger Nährstoff Diatomeen

Quelle: Vulkanismus, Verwitterung

Senke: FeS reagiert im Sediment zum unreaktiven Pyrit (FeS2)

• oxisch im Meer als Sulfat gelöst (SO4 2-) oder als Mineral im Meeresboden

• anoxisch als reduziertes Sulfid im Meer gelöst (S 2- bzw. H2S) oder als FeS im Sediment

P-Quelle: Verwitterung von P-reichen Gesteinen

P-Senke: Bildung von Phosphorit

N-Quelle: Atmosphäre, Stickstofffixierung

N-Senke: Nitratatmung

Auf lange Sicht ist P limitierender, da dessen Quelle nicht wie Stickstoff von Enzymen zur Fixierung abhängig ist sondern allein von der Verwitterung

Kohlenstoffpumpe = pumpt Kohlenstoff aus System

Phyikalisch: Absedimentieren?

Biologisch:

• Metabolism flux

  • totes Zooplankton sedimentiert als partikuläres organisches Material ab

• Microbial carbon pump

  • Mikroorganismen bauen das POM so weit ab, bis es so schwer abbaubar ist dass es nicht weiter abgebaut wird

  • Sedimentiert ab