Wachstum von Phytoplankton über die Jahreszeiten

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Wachstum von Phytoplankton über die Jahreszeiten

Es gibt ein gut bekanntes jahreszeitliches Muster, wie Phytoplankton in den gemäßigten und polaren Regionen wächst. Dieses wird durch physikalische, biologische und chemische Prozesse kontrolliert.

jahreszeitlicher Zyklus von Phytoplankton

1. Jahreszeitlicher Zyklus von Phytoplankton in den gemäßigten Ozeanregionen der nördlichen Hemisphäre.
Das größte Wachstum erfolgt im Frühjahr, wenn große Mengen an Licht und Nährstoffen verfügbar sind. Ein zweites Maximum der Biomasse von Phytoplankton findet man im Herbst. Die großen Wachstumsschübe des Phytoplanktons sind als ‚Blüten' (vergleiche: Algenblüte) bekannt.
Autor: Lucinda Spokes

Die Dichte des Seewassers wird durch seine Temperatur und durch seinen Salzgehalt bestimmt. Da sich die Wassertemperatur infolge der Erwärmung durch die Sonnenstrahlung erhöht, erhalten die Wassermoleküle mehr Energie. Der Abstand zwischen ihnen steigt und damit sinkt die Dichte des Wassers. Erniedrigt sich die Temperatur wieder, so haben die Moleküle weniger Energie, bewegen sich langsamer und befinden sich näher beieinander. Dadurch bilden sich Wasserstoffbindungen verstärkt aus und die Dichte nimmt zu.

Der Salzgehalt des Wassers ist ein Maß dafür, wie viel Salz in ihm gelöst ist. Das am weitesten verbreitete Salz im Ozeanwasser ist Natriumchlorid NaCl (allgemein bekannt als Kochsalz) aber es gibt noch eine Reihe anderer Chemikalien, die im Seewasser gelöst sind und einen Einfluss auf den Salzgehalt haben. Verdunstet Wasser aus den Ozeanen, so steigt seine Dichte. Einträge aus dem Regen oder aus Flusswasser dagegen senkt die Dichte. Das Ergebnis von Änderungen in Temperatur und Salzgehalt führt weltweit zu einem Ozeansystem, das eine geschichtete Struktur von Wassermassen verschiedener Dichte hat. Weniger dichtes Wasser treibt oben auf dichterem Wasser.

Da wir an den Vorgängen interessiert sind, die das Wachstum des Phytoplanktons kontrollieren, konzentrieren wir uns darauf, in welcher Weise die Erwärmung die vertikale Struktur der ersten paar hundert Meter in den Ozeanen verändert.

Frühling

Im Frühjahr erwärmt die Sonne die Wasseroberfläche und sorgt für eine geringere Dichte. Das warme Wasser liegt auf dem kälteren und dichteren in der Tiefe und es erfolgt nahezu kein Austausch zwischen den Schichten. Dies bedeutet, dass sich das Wachstum des Phytoplanktons auf die Meeresoberfläche beschränkt. Dort gibt es nun genug Licht und auch Nährstoffe, die durch Mischung mit dem Tiefenwasser im Winter hochgetragen worden sind. Die Bedingungen sind hervorragend für das Wachstum. Man kann eine schnelle Verbreitung der Pflanzen beobachten und man spricht von der Frühjahrsblüte.

gute Wachstumsbedingungen für Phytoplankton

2. Schwarze Punkte stehen für Nährstoffe, grüne Punkte für das Phytoplankton.

Sommer

Während des Wachstums verbraucht das Phytoplankton die Nährstoffe im Oberflächenwasser. Da es kaum Durchmischung mit den darunterliegenden Wasserschichten gibt, wird das Wachstum eingestellt, sobald alle verfügbaren Nährstoffe verbraucht sind. Remineralisierung von Nährstoffen im Oberflächenwasser und Nährstoffeintrag über die Atmosphäre ermöglichen zwar noch ein geringes Wachstum, aber im Vergleich zum Frühjahr ist der Sommer in den gemäßigten Breiten keine Zeit hoher biologischer Aktivität.

geringes Wachstum

3. Geringes Wachstum

Herbst

Im Herbst nimmt die Sonneneinstrahlung ab und das Oberflächenwasser wird kühler. Hierdurch wird auch der Dichteunterschied zwischen den obersten Wasserschichten und den darunterliegenden geringer. Es setzt allmählich eine Mischung zwischen den Schichten ein. Hierdurch kommt nährstoffreicheres Wasser an die Oberfläche. Solange noch ausreichend Licht für die Photosynthese da ist, kommt es zu einer zweiten kleineren Phytoplanktonblüte.

zweite kleinere Phytoplanktonblüte

4. Zweite kleinere Phytoplanktonblüte

Winter

Im Winter wird die Erwärmung durch die Sonnenstrahlung noch geringer. Das Oberflächenwasser kühlt sich ab und wird dichter. Dadurch vermischt es sich mit den tieferen Wasserschichten und bringt Nährstoffe aus dem Tiefenwasser nach oben. Obwohl nun genügend Nährstoffe vorhanden sind, mangelt es an Licht, um eine effiziente Photosynthese durchführen zu können. Daher bleibt das Wachstum gering.

Lichtmangel - geringes Wachstum

5. Lichtmangel - geringes Wachstum

Die Darstellungen zeigen, wie die jahrzeitliche Erwärmung die Struktur und Funktion der ersten paar hundert Meter Ozeantiefe verändert.
Bilder: Lucinda Spokes, Idee: Stephanie Henson, SOC, Southampton University.

In den Tropen ist dieser jahreszeitliche Zyklus weniger ausgeprägt, da die Stärke der Sonneneinstrahlung über das Jahr nur geringfügig schwankt. Phytoplankton kann die ganze Zeit über wachsen.

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author: Lucinda Spokes - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
1. sci. reviewer: Prof. Tim Jickells - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
2. sci. reviewer: Dr. Keith Weston - Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich - U.K.
last updated: 2003-10-16

Last modified: Friday, 9 November 2018, 12:00 PM