In den marinen Küstengewässern gibt es immer mehr Totzonen. • Alexey Gilyarov • Wissenschaftsnachrichten zu "Elementen" • Ökologie

In marinen Küstengewässern gibt es mehr Totzonen.

Punkte Bereiche der Hypoxieentwicklung (akuter Sauerstoffmangel in Wasser) werden gezeigt. Unterschiedliche Farben an Land zeigen den normalisierten (in Prozent) Grad der Auswirkung auf die menschliche Umwelt – von den schwächsten (dunkelgrüne Farbe) zu stark (das Rot und lila). Abb. aus dem Artikel in Frage Wissenschaft

Wenn Bakterien als Reaktion auf die große Menge an Düngemitteln, die vom Land geliefert werden, eine große Menge organischer Substanz durch Phytoplankton zersetzen, wird oft der gesamte Sauerstoff in den unteren Schichten der Wassersäule verbraucht. Infolgedessen bilden sich an vielen Stellen in den Küstengebieten des Ozeans "tote Zonen". Die Anzahl der Orte, an denen solche Zonen gefunden werden, wächst exponentiell und verdoppelt sich alle 10 Jahre.

Ein starkes Anzeichen für eine starke Eutrophierung ist die Ansammlung von Cyanobakterien (Blaualgen) auf der Oberfläche des Finnischen Meerbusens der Ostsee. Wenn die Masse toter Cyanobakterien auf den Boden fällt, werden die Bakterien, die organische Materie verarbeiten, wahrscheinlich den gesamten Sauerstoff in der Umgebung verbrauchen. Fotos von www.nefco.org

Das Wachstum der Erdbevölkerung und die Zunahme der landwirtschaftlichen Produktion führen dazu, dass mit dem Abfluss von Flusswasser immer mehr Düngemittel in die Küstengebiete des Ozeans gelangen.Und da Phytoplanktonorganismen – mikroskopisch kleine Algen und Cyanobakterien – in der Regel keine Nährstoffe (vor allem Stickstoff und Phosphor) enthalten, reagieren sie als Reaktion auf ihre Aufnahme mit einem heftigen Zahlenausbruch. Es handelt sich um eine sogenannte "Wasserblüte": Aufgrund der großen Menge an Phytoplankton wird das Wasser grünlich, gelblich oder bläulich gefärbt und bildet auf der Oberfläche der Algen- und Cyanobakterienherde schlimme Scheidungen. Tiere, die sich von Phytoplankton ernähren (zum Beispiel verschiedene Planktonkrebse), können ihr schnelles Wachstum nicht aufhalten, zumal Massenarten, die "blühende" Arten ergeben, oft ungenießbar und sogar giftig sind. Als Folge wird der Großteil des Phytoplanktons in Nahrungsnetzen nicht verwendet, sondern stirbt einfach ab und fällt in die unteren Schichten der Wassersäule, wo es zu Bakterien gelangt.

Durch die Zersetzung der organischen Substanz des abgestorbenen Phytoplanktons verbrauchen die Bakterien manchmal den gesamten Sauerstoff in der Umgebung. Darüber hinaus wird Sauerstoff von Bakterien verbraucht, um die organische Substanz, die früher an Land und in kontinentalen Gewässern gebildet wurde, zu zersetzen und dann mit dem Fluss in das Meer zu bringen.Als Ergebnis werden an vielen Stellen in den Küstenbereichen des Ozeans, wo es keine intensive Vermischung der Wassersäule gibt, Hypoxiezonen (Sauerstoffgehalt ist für die meisten Aerobier unzureichend) und sogar Anoxie (Abwesenheit von freiem Sauerstoff oder Spurenmengen) nahe dem Boden gebildet.

Wenn sich an einem Ort Hypoxie entwickelt, treten in der Gemeinschaft der dort lebenden Bodenorganismen gewisse Umordnungen auf. Einige grabende Tiere (hauptsächlich verschiedene Würmer) kriechen mit einer kleinen Menge Sauerstoff an die Erdoberfläche und werden zur leichten Beute für Küstenfische, die in der Regel einen leichten Sauerstoffmangel für kurze Zeit vertragen. So erhalten Räuber noch mehr Nahrung und die Fischproduktion kann zunehmen. Dieser Effekt ist jedoch von kurzer Dauer: Mit einem weiteren Rückgang des Sauerstoffgehalts verschwinden die Bodentiere vollständig. Nur Bakterien, die unter anaeroben Bedingungen leben können, bleiben übrig. Verschiedene Gruppen von ihnen ersetzen sich gegenseitig, und schließlich treten Bakterien auf, die von der Zersetzung organischer Materie und der Sulfatreduktionsreaktion (die immer im Meerwasser vorhanden ist) leben.Das Endprodukt dieser Reaktion, das nur in einer sauerstofffreien Umgebung möglich ist, ist Schwefelwasserstoff, eine Substanz, die für die meisten Organismen toxisch ist, obwohl sie in Gegenwart von Sauerstoff schnell oxidiert.

Die Bildung solcher toter Zonen (oft mit Schwefelwasserstoffverschmutzung) trägt zur scharfen Schichtung der Wassersäule, zu mangelnder Vermischung, schwachem Wasseraustausch mit dem Ozean und dem Einströmen großer Mengen organischen Materials bei. Der größte anoxische (ohne Sauerstoff) Gewässer ist das Schwarze Meer. Alles Leben ist in den oberen 100 Metern der Wassersäule konzentriert, und weiter bis zu den maximalen Tiefen (2000 m) ist alles mit Schwefelwasserstoff "kontaminiert". Anoxie des Schwarzen Meeres ist ein natürliches Phänomen, das mit den Merkmalen des hydrologischen Regimes dieses Wasserkörpers verbunden ist (Schließung des Wassergebiets, große Tiefe, signifikanter Zufluss in die Oberflächenschichten von Süßwasser und tiefes Wasser – schwere Salzlösung durch den Bosporus). Natürliche Hypoxiezonen finden sich an anderen Orten, zum Beispiel in der Nähe der Westküsten der Kontinente, wo der Auftrieb zu einer hohen Primärproduktion (Phytoplanktonproduktion) sowie in einigen Fjorden führt.

Ein Diagramm, das zeigt, wie abhängig von dem in der Umwelt vorhandenen Sauerstoff die den Organismen zur Verfügung stehende Energie (gebunden als organische Substanz) im Ökosystem verteilt ist. Auf der linken vertikalen Achse – der Anteil bewegter Raubtiere (hauptsächlich Fische), die am Boden jagen, und auf der rechten vertikalen Achse – zu den Bakterien kommen. Je weniger Sauerstoff in der Umgebung ist, desto weniger Energie steht den Räubern zur Verfügung, desto mehr – Bakterien. Der Grad des Sauerstoffmangels verursacht auf der horizontalen Achse – von normalem Inhalt (Normoxie) bis zu seiner vollständigen Abwesenheit – Anoxie (Anoxie), durch einen Zwischenzustand der Hypoxie (Hypoxie). Pfeile zeigen die Art des Auftretens von Sauerstoffmangel: schwach periodisch (Mild periodic), schwach saisonal (Mild Season), stark saisonal (Severe saisonal), permanent (Persistent), die Entwicklung von Schwefelwasserstoff – Kontamination (H2S). Ein Teil des Anteils, der unter den Bedingungen einer schwachen Hypoxie den Räubern zukommt, ist darauf zurückzuführen, dass Wirbellose, die den grabenden Lebensstil führen, an die Oberfläche des Bodens kriechen, wo noch mehr Sauerstoff vorhanden ist. Abb. aus dem Artikel in FrageWissenschaft

Es ist alarmierend, dass in den letzten Jahrzehnten die Zahl der "toten Zonen" in verschiedenen Teilen der Welt rasch zugenommen hat und sie sich in geringer Tiefe in den Küstengebieten befinden. Kürzlich in der Zeitschrift Wissenschaft Ein Artikel von zwei Forschern – Robert Diaz (Robert J. Diaz) vom Institut für Meeresforschung in Virginia (USA) und Rutger Rosenberg (Rutger Rosenberg) von der Universität von Göteborg (Schweden) – erschien, der das seit den 1960er Jahren bemerkte mit "toten Zonen" wuchs exponentiell, etwa einmal alle 10 Jahre verdoppelt. Jetzt sind solche Zonen in 400 Küstengebieten markiert, und das von ihnen bedeckte Gebiet überschreitet 245 tausend Quadratmeter. Kilometer Der weitreichendste Prozess ist in den kontinentalen Meeren, die begrenzten Wasseraustausch mit dem Ozean haben. So sind zum Beispiel bedeutende Gebiete der Ostsee, das Kattegat, das Schwarze Meer (das Schelfgebiet im nordwestlichen Teil), der Golf von Mexiko, das Ostchinesische Meer. Hypoxie-Symptome werden zunehmend im Golf von Bengalen, im Arabischen Meer und vor der Westküste Afrikas beobachtet.

"Ewige Stadt" (Varnasi) am Ufer des Ganges. Nicht nur Dünger, sondern auch Asche von Krematorien gelangen in den heiligen Fluss und einfach die Leichen jener Menschen, die nach den Regeln nicht der Einäscherung unterworfen sind. Es ist nicht überraschend, dass in der Bucht von Bengalen, wo das Wasser des Ganges enorme Mengen organischer Substanz (und Nährstoffe in Mineralform) trägt,"tote Zonen" beginnen sich zu bilden. Foto von Peter Krylov von www.photosight.ru; wiedergegeben auf "Elements" mit freundlicher Genehmigung des Autors

Hypoxie tritt zunächst als vorübergehendes, bis zu einem gewissen Grad zufälliges Phänomen auf, aber wenn die Primärproduktion von Küstenökosystemen zunimmt und organische Materie von Land aus eintritt, tritt sie regelmäßig in bestimmten Jahreszeiten auf und wird dann konstant. Gleichzeitig verschwindet das Benthos vollständig und die Gesamtproduktion (Biomassezunahme) der Tiere wird stark reduziert. Berechnungen zeigen, dass beispielsweise in der Ostsee aufgrund der ausgedehnten Totzonen die jährliche Tierproduktion um 30% zurückgegangen ist, was einem absoluten Wert von 264 Tausend Tonnen Kohlenstoff entspricht. Gleichzeitig nimmt der Anteil der Energie, der an die Bakterien geht, ständig zu, und der Anteil der Räuber nimmt ab.

Fälle von Verbesserung sind selten. So begannen im Nordwesten des Schwarzen Meeres ab Mitte der 1990er Jahre die Totzonen zu schrumpfen, was mit einem Rückgang der landwirtschaftlichen Produktion in den Republiken der ehemaligen UdSSR und damit einem Rückgang der Düngemittelabflüsse einhergeht. Im Golf von Mexiko in besonders heißen Jahren mit einem Rückgang der Strömung, sind die toten Zonen auch reduziert.Die stärksten Taifune, die eine enorme Zerstörung verursachen, um die Vermischung der Wassersäule zu verbessern, sind sehr nützlich – die toten Zonen nach Taifunen sind verkleinert. Die Autoren des diskutierten Artikels kommen zu dem Schluss, dass es unmöglich ist, den Zustand der Küstenökosysteme auf das Niveau vor der Industrialisierung zurückzuführen, aber es ist möglich und notwendig, den Input von Nährstoffen in die Küstengebiete strenger zu kontrollieren.

Quelle: Robert J. Diaz, Rutger Rosenberg. Verbreitung von Totzonen und Ökosystemen für marine Ökosysteme // Wissenschaft. 2008. V. 321. P. 926-929.

Alexey Giljarow


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