Pathways and time scales of nutrient transports in the Baltic Sea
Final Report Abstract
Die Ausbreitung von Nährstoffen in der Ostsee lässt sich nicht allein durch physikalische Transporte beschreiben. Da sie neben räumlicher Ausbreitung auch eine Propagation durch den Phasenraum des Nahrungsnetzes erfahren, werden ihre Ausbreitungswege durch die Biologie modifiziert, sie ergeben sich somit durch eine Wechselwirkung biologischer und physikalischer Prozesse. Um diesen Effekt zu untersuchen, wurde erstmals für die Ostsee ein numerisches Verfahren angewendet, mithilfe dessen Nährstoffen in einem Ökosystemmmodell ihre Eintragsquelle zugeordnet werden kann. Ebenfalls erstmalig wurde diese Methode mit einer Methode der Altersmarkierung kombiniert, so dass zusätzlich Informationen über die Verweilzeit der Nährstoffe im Ökosystem aus dem Modell gewonnen werden konnten. Das Schicksal von Stickstoff und Phosphor unterscheidet sich aufgrund der biologischen Umsätze deutlich. Während Stickstoff bereits nach wenigen Jahren (laut unserem Modell nach ca. 1,4 Jahren für Stickstoff aus Flusseinträgen, 1,7 Jahren für atmosphärisch fixierten Stickstoff und 2,3 Jahren für Stickstoff aus atmosphärischer Deposition) aus dem Ökosystem entfernt wird, verweilt Phosphor über 35 Jahre in der Ostsee. Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, dass es keine ähnlich effiziente Senke für reaktiven Phosphor gibt, wie es die Denitrifizierung für reaktiven Stickstoff darstellt. Zum anderen wird Phosphor durch das Absinken organischer Materie immer wieder von der Oberfläche in die Tiefe befördert, wo die mittlere Strömung einen Einstrom in die Ostsee bewirkt. Der Ausstrom von Phosphor aus der Ostsee wird so durch die Wanderung durch das Nahrungsnetz verhindert. Entsprechend dieser Zeitskalen gestalten sich auch die Ausbreitungsgebiete der Nährstoffe aus verschiedenen Eintragsquellen. Stickstoff aus Flüssen bleibt meist in der Nähe des Mündungsgebiets oder wird ein Stück weit zyklonal und küstenparallel mit der mittleren Strömung transportiert. Der Anteil des Stickstoffs aus Flüssen, der in die Tiefenbecken der Ostsee gelangt, ist gering, deren Stickstoffversorgung wird durch die Stickstofffixierung dominiert, aber auch direkte Deposition von reaktivem Stickstoff leistet einen signifikanten Beitrag. Phosphor aus bestimmten Flüssen lagert sich zunächst auch bevorzugt in den Sedimenten in der Nähe der Flussmündung ab, verteilt sich aber im späteren Verlauf über die gesamte Ostsee. Sedimenttransporte sorgen dabei für eine rasche Entfernung aus den küstennahen Bereichen, da die Erosionshäufigkeit der Sedimente dort hoch ist. Neben Vertikaltransporten in partikulärer organischer Materie können Nährstoffe durch Fische auch aktiv horizontal transportiert werden, der Nettoeintrag von Stickstoff durch Fisch in die Tiefen des Gotlandbeckens macht etwa 1 kt a−1 aus.
Publications
- Einfluss biologischer Prozesse auf die Ausbreitungswege von Nährstoffen in der Ostsee. unv. Diss., Universität Rostock, 2012
Radtke, Hagen
