Simulationsmodelle des Nährstoffzyklus

Die Fähigkeit, Gasströme und Teilchenumwandlung im Meerwasser beobachten zu können, ist ein wichtiges Gebiet der Umweltforschung, das die Gewässer in ein neues Licht stellt.

Seitdem nun allgemein akzeptiert wurde, dass sich der enorme Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids auf unser Klima auswirkt, werden derzeit unzählige Forschungsarbeiten zum Verständnis des Kohlenstoffsystems der Erde durchgeführt. Trotzdem der Ozean der größte Aktivkohlespeicher ist, sind die Kräfte, die die Umwandlung organischer Sedimente und Gase in der Wassersäule des Meeres steuern, noch nicht vollständig erforscht. Im Rahmen des ORFOIS-Projekts wurden auf diesem Gebiet Forschungsarbeiten durchgeführt, insbesondere wurden die Herkunft und das Schicksal der biogenen Teilchenflüsse im Meer und deren Wechselwirkung mit dem Gehalt an atmosphärischem Kohlendioxid untersucht.

Es wurde ein Sedimentenmodul erstellt, um die Remineralisierung des partikulären organischen Kohlenstoffs (POC – Particulate Organic Carbon) durch Oxidabbau und Suboxid-Nitratreduktion zu beschreiben. Das Modell PISCES wurde genutzt, um die Bedingungen am Grund des Gewässers für chemische Parameter wie Sauerstoff, Phosphat, Alkalinität, Nitrat und gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC – Dissolved Inorganic Carbon) zu liefern, durch die realistische Simulationen durchgeführt werden können. Es wurde eine stabile Verteilung der gelösten Indikatoren und der Sedimentindikatoren erarbeitet und danach die Sedimentzusammensetzung berechnet, um Ausgangsbedingungen für das Simulationsmodell zu schaffen. Das Modell erfordert einen konstanten Zustand zwischen Wassersäule und Sediment, nur so kann es genutzt werden.

Darüber hinaus wurden über den Einsatz zweier verschiedener Versionen von PISCES-Modellen auch die jährlichen Ströme an SiO2 und CaCO3 bewertet. Jedoch entsprach keines dieser Modelle vollständig den bestimmten Graden, sie ergaben stattdessen geringere CaCO3-Werte, als in einigen Fällen beobachtet. Die Modelle wurden außerdem genutzt, um die benthischen Sauerstoffströme zu beurteilen. Besonders eines der Modelle erzielte gute Ergebnisse bei der Strömungsverteilung. Da der Sauerstoffstrom mit der Mineralisierungsaktivität und dem aeroben Stoffwechsel verbunden ist, ist es von grundlegender Bedeutung, dieses System genauestens beobachten zu können.

Für die erfolgreiche Simulation der Wassersäule-Sediment-Umgebung ist die Weiterentwicklung dieser Modelle notwendig. Das Verstehen des Systems ist für die genaue Prognose des Nährstoffzyklus und der Klimaänderung wesentlich, und interessierte Parteien können sich an der Suche nach Antworten beteiligen.