Leben am Meeresboden ohne Sauerstoff

[Benjamin]

09. August 2002
BAKTERIENRIFFE - Leben ohne Sauerstoff

Deutsche Forscher haben im Schwarzen Meer bis zu vier Meter hohe Riffe aus Methan fressenden Bakterien entdeckt. Überraschend ist dabei, dass die Bakterienkolonien in sauerstoffarmem Wasser wuchern.

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URL:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/n...208735,00.html

ZUM THEMA AUF SPIEGEL ONLINE:
Hydratforscher: Im Meer sprudeln spektakuläre Gasquellen (04.07.2001)
http://www.spiegel.de/wissenschaft/m...143313,00.html
Höhlensystem: Auch Korallenriffe haben einen Magen (18.10.2001)
http://www.spiegel.de/wissenschaft/n...162980,00.html

[Benjamin]

www.scinexx.de
Das Wisssensmagazin
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„Methan-Oasen“ am Meeresgrund
Vom Leben ohne Sauerstoff
26.08.2005

Ohne Sauerstoff, Licht und Wärme ist kein Leben denkbar – dies galt lange Zeit als Dogma der Wissenschaft. Doch dass der Meeresboden der Tiefsee nicht überall so kalt und leblos ist wie gedacht, zeigten Tauchfahrten bereits in den 1970er Jahren. Heute gelten vor allem die kohlenstoffreichen Methanquellen am Ozeangrund als Motor des Lebens. Ihre Bedeutung für die Organismen an den Kontinentalrändern und ihre mögliche Bedrohung als Treibhausgas soll nun durch das europäische Forschungsvorhaben HERMES gelüftet werden.

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http://www.scinexx.de/geounion-aws_basics-3400.html

[Benjamin]

„Sauerstoffminimumzonen“:

Es gibt sauerstoffarme Zonen, die für die marine Lebewelt zum Problem werden können. Solche Zonen existieren im Ostatlantik, im nördlichen Indischen Ozean und im tropischen Ost-Pazifik. Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass sich diese Gebiete infolge des Klimawandels sogar noch vergrößern könnten. Das hätte Auswirkungen auf chemische und mikrobiologische Prozesse im Ozean, die sich auf den Nährstoffhaushalt auswirken würden und massive Änderungen im marinen Ökosystem zur Folge haben könnten. Die weltweit größte „Sauerstoffminimumzone“ erstreckt sich im Ost-Pazifik vor den Küsten Perus und Ecuadors.

Küstengewässer Perus:
Nahe der peruanischen Küste liegt die Sauerstoffminimumzone in einem Gebiet, in dem nährstoffreiches Wasser aus Tiefen größer als 150 Metern an die Oberfläche gelangt und dort zu sehr hoher biologischer Produktivität führt. Nach dem Absterben der Organismen bauen Bakterien das reichlich vorhandene absinkende organische Material ab und verbrauchen dabei den Sauerstoff, den eigentlich die marine Flora und Fauna zum Überleben benötigt.

Nur wenige Meter unter der Wasseroberfläche beginnt eine lebensfeindliche Zone, in der kaum Sauerstoff vorhanden ist. „Südlich von Lima haben wir nahe der Küste extrem sauerstoffarme Bedingungen vorgefunden. Es wurde Schwefelwasserstoff in der Wassersäule festgestellt und schon fünf Meter unter der Wasseroberfläche gab es keinen freien Sauerstoff mehr“.

Neben den normalerweise vorhandenen hohen Werten von Chlorophyll nahe der Oberfläche – hier lebt das pflanzliche Plankton – maßen sie ein außergewöhnliches zweites Maximum in Tiefen um 100 Meter, also mitten im Sauerstoffminimum. Vermutlich existiert dort eine Gemeinschaft von Photosynthese betreibende Algen (Cyanobakterien oder Blaualgen), über die bisher so gut wie nichts bekannt ist.

Ein erster Vergleich der aktuellen Daten mit Messungen aus dem Jahre 1993 im offenen Pazifik zeigt, dass im äquatorialen Bereich der Sauerstoffgehalt im Wasser weiter abgenommen hat.

http://www.ifm-geomar.de/index.php?i...ash=f38b335460

[Benjamin]

www.ifm-geomar.de
06.06.2009

Geht dem Ozean die Luft aus? - Sauerstoffgehalt der tropischen Ozeane nahm in den letzten 50 Jahren ab -



Sauerstoffverteilung im Atlantik und Zeittiefenschnitt der Sauerstoffverteilung im tropischen Ostatlantik


Wasserprobenentnahme im Ostatlantik. Foto: Klaus Scheurich.

Meereswissenschaftler sind einer weiteren alarmierenden Veränderung auf die Spur gekommen. In einigen Regionen des Weltozeans nimmt der Sauerstoffgehalt ab, der die Lebensgrundlage für marine Organismen darstellt. Als Ursache für den Rückgang werden durch den globalen Klimawandel verursachte Umweltveränderungen angenommen. In der jetzt in dem renommierten Wissenschaftsjournal „Science“ veröffentlichten Studie unter Leitung von Dr. Lothar Stramma vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) konnte mit Hilfe von Beobachtungsdaten gezeigt werden, dass der Sauerstoffgehalt der tropischen Ozeane in den letzten 50 Jahren unterhalb der durchmischten Deckschicht im Bereich 300 bis 700 m Tiefe abgenommen hat. Da insbesondere große Meereslebewesen Gebiete mit geringem Sauerstoffgehalt meiden bzw. dort nicht länger existieren können, haben Änderungen des Sauerstoffgehalts im Ozean weitreichende biologische und wirtschaftliche Konsequenzen.

Schon länger ist bekannt, dass die Sauerstoffverteilung im Ozean nicht gleichmäßig ist. An den östlichen Rändern der tropischen Ozeane existieren in etwa 200-800 m Tiefe Zonen mit reduziertem Sauerstoffgehalt, die Sauerstoffminimumzonen genannt werden. Bedingt durch den CO2-Anstieg und die damit verbundene Temperaturzunahme wird auch eine allgemeine Abnahme des Sauerstoffgehalts im Ozean erwartet, da in wärmeren Wasser die Sauerstofflöslichkeit abnimmt und sich aber vor allem das Absinken von sauerstoffreichen Wasser in den polaren Regionen verringert, und folglich die tiefen Schichten des Ozeans weniger belüftet werden. Dabei sind die erwarteten Änderungen im subtropischen und subpolaren Meeresgebieten höher als in den tropischen Regionen. In den höheren Breiten konnte die Sauerstoffabnahme mit Hilfe von Beobachtungsdaten bereits nachgewiesen werden.

Das war in den Tropen sehr viel schwieriger, da viel weniger Messdaten zur Verfügung stehen. Eine internationale Forschergruppe unter Leitung von Dr. Stramma vom IFM-GEOMAR zusammen mit Dr. Gregory Johnson von der NOAA in Seattle, Dr. Janet Sprintall vom Scripps Institution of Oceanography in San Diego und Dr. Volker Mohrholz vom Institut für Ostseeforschung in Warnemünde wählten einzelne Gebiete mit höherer Datenmenge aus und ergänzten sie mit aktuellen Messungen, um die Abnahme des Sauerstoffgehalts zu dokumentieren. „Die größte Sauerstoffabnahme im Tiefenbereich 300-700 m wurde im tropischen Nordostatlantik beobachtet, während im östlichen Indischen Ozean die Sauerstoffabnahme eher gering ausfiel“, erklärt Dr. Stramma. Ob die beobachteten Sauerstoffänderungen im Zusammenhang mit der globalen Klimaerwärmung stehen können, ist noch zu klären. „Im Ozean existieren Änderungen auf unterschiedlichen Zeitskalen“, betont Dr. Stramma. „Mit Messungen alleine können wir nicht die Ursachen der Änderungen erklären. Auch natürliche Prozesse, die auf kürzeren Zeitskalen auftreten, können die beobachtete Abnahme des Sauerstoffgehalts verursacht haben“, so Stramma weiter. Allerdings ist das Ergebnis konsistent mit Modellrechnungen, die auch für die Zukunft eine weitere Abnahme prognostizieren.

Wenn sich dieser Trend fortsetzen würde, ist dies besonders in den jetzt untersuchten tropischen Regionen bedeutsam, denn hier sind die Sauerstoffgehalte im Wasser generell niedrig und ein weiteres Absinken kann zu existentiellen Problemen für marine Organismen führen.

Die vorgestellten Messergebnisse sind ein wichtiger Ausgangspunkt für die laufenden Arbeiten in einem im Januar 2008 von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und dem IFM-GEOMAR begonnenen Sonderforschungsbereich 754: „Klima – biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“, der von der Deutsche Forschungsgemeinschaft für die erste Förderungsphase 2008-2011 bewilligt wurde. Der SFB-754 soll helfen das Wechselspiel von Klima und Biogeochemie des tropischen Ozeans auf einer quantitativen Basis besser zu definieren.

Originalarbeit:

Stramma, L., G.C. Johnson, J. Sprintall und V. Mohrholz, 2008: Expanding oxygen-minimum zones in the Tropical Oceans. Science, 320, 655-657.

Sonderforschungsbereich 754 „Klima-Biogeochemische Wechselwirkungen im Tropischen Ozean“: www.sfb754.de

[Benjamin]

06.06.2009

Klimawandel: Todeszonen im Ozean werden größer
- Neue Modellstudie prognostiziert drastischen Sauerstoffschwund-



Sauerstoffs im Weltozean. Regionen mit sehr geringem Sauerstoff sind violett gekennzeichnet und finden sich überwiegend in den Tropen. Quelle: IFM-GEOMAR

Eine neue Studie unter der Federführung von Kieler Forschern des Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) zu den Auswirkungen zukünftiger Klimaveränderungen auf die Ozeane kommt zu erschreckenden Ergebnissen. Neben der zunehmenden Versauerung der Ozeane werden sich zukünftig auch die sauerstoffarmen Zonen deutlich ausbreiten, in denen kein höheres Leben mehr möglich sein wird. Die Studie erscheint am 10. November in der internationalen Fachzeitschrift „Global Biogeochemical Cycles“.

Bisher war man davon ausgegangen, dass der wesentliche Einfluss steigender CO2-Konzentrationen auf den Ozean in einer zunehmenden Versauerung des Meerwassers liegt. Eine neue Studie eines internationalen Forscherteams unter Leitung von Prof. Andreas Oschlies vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) in Kiel kommt zu dem Ergebnis, dass der vom Menschen verursachte CO2-Anstieg auch drastische Auswirkungen auf die sauerstoffarmen Zonen tropischer Ozeane haben könnte. „Unsere Untersuchungen zeigen eine Ausbreitung der Zonen mit sauerstoffarmen Wasser um bis zu 50 Prozent bis zum Ende dieses Jahrhunderts“, berichtet Prof. Oschlies. „Wir waren von der Deutlichkeit des Signals doch etwas überrascht“, so Oschlies weiter. „Wir haben in unseren Rechnungen zwar angenommen, dass die Menschen so weiter machen wie bisher (sogenanntes „Business-as-usual-Szenario“), trotzdem hätten wir diesen Effekt nicht in diesem Umfang erwartet“. Zurückzuführen ist die starke Abnahme der Sauerstoffkonzentrationen in einigen hundert Metern Tiefe auf den bakteriellen Abbau absinkenden organischen Materials. Dies wird durch einen Düngeeffekt des CO2 an der Meeresoberfläche immer kohlenstoffreicher und zehrt damit beim Abbau mehr Sauerstoff als die herkömmliche proteinreiche Biomasse. Sollten Prof. Oschlies und seine Kollegen richtig liegen und sich die Menschen in ihrem Verhalten nicht deutlich ändern, dann werden sich die „Todeszonen“ in den Weltmeeren, in denen aufgrund eines zu geringen Sauerstoffgehaltes kein höheres Leben möglich ist, erheblich vergrößern.

Für die Studie benutzten Oschlies und Kollegen ein globales Klimamodell, mit Ozean, Atmosphäre und integrierten Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufen. Das Modell wurde mit Daten gefüttert, die aus Feldexperimenten mit sogenannten Mesokosmen gewonnen wurden. Diese Mesokosmen, die wie überdimensionale Reagenzgläser anmuten, sind Versuchsanlagen, die es ermöglichen in Zeitrafferexperimenten, den Einfluss der zunehmenden Aufnahme von Kohlendioxid im Ozean unter realen Bedingungen zu studieren.

„Als nächstes benötigen wir unbedingt noch mehr Beobachtungsdaten“, erläutert Dr. Kai Schulz Co-Autor der Studie. Damit können wir unsere Modelle besser eichen und weiter verbessern. Im Rahmen des neuen Sonderforschungsbereichs 754 „Klima-Biogeochemische Wechselwirkungen im Tropischen Ozean“ werden deshalb intensive Messkampagnen genau zu diesem Thema durchgeführt. „Unsere Kollegen sind im Moment mit dem Forschungsschiff METEOR vor der Küste Perus unterwegs, um im dortigen sauerstoffarmen Auftriebsgebiet wichtige Daten zu erheben“, freut sich Prof. Oschlies. Parallel untersucht ein weiteres Forscherteam mit der MARIA S. MERIAN die Verhältnisse im Atlantischen Ozean vor der Küste Westafrikas im Bereich der Kapverden. Diese Expeditionen kommen somit genau zum richtigen Zeitpunkt

Prof. Oschlies und seine Kollegen warten schon auf die Daten ...

Weitere Informationen

Oschlies, A., K. G. Schulz, U. Riebesell, and A. Schmittner (2008): Simulated 21st century's increase in oceanic suboxia by CO2-enhanced biotic carbon export, Global Biogeochem. Cycles, doi:10.1029/2007GB003147, in press.

Global Biogeochemical Cycles www.agu.org/journals/gb/

SFB754 „Klima-Biogeochemische Wechselwirkungen im Tropischen Ozean“: www.sfb754.de

[Benjamin]

07.02.2008 - Paläontologie

Feindliche Übernahme

Forscher: Bakterien waren für mehr Massensterben verantwortlich als Meteoriten


Der Meteoriteneinschlag, der die Kreidezeit beendete und die Dinosaurier auslöschte, erschien Geowissenschaftlern lange als die ultimative Katastrophe. Der Biologe Peter Ward von der University of Washington in Seattle hat nun eine viel größere Gefahr ausgemacht: Schon mehrfach während der letzten 550 Millionen Jahre, so berichtet der Forscher in der Zeitschrift New Scientist, haben Mikroben die Vorherrschaft über die Erde zurückerobert und das tierische Leben für Jahrmillionen zurückgedrängt.

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Peter Ward (University of Washington, Seattle): New Scientist, 9. Februar 2008, S. 40

Ute Kehse http://www.wissenschaft.de/wissensch...ws/288151.html

[Benjamin]

Ectothiorhodospiraceae bilden eine Familie von Bakterien innerhalb der Gammagruppe der Proteobacteria. Viele Vertreter leben anoxygen phototroph und gleichzeitig anaerob. Sie bilden mit der Familie Chromatiaceae die physiologische Gruppe der phototrophen Schwefelpurpurbakterien . Sie sind durch Geißeln beweglich. Die Zellen sind stäbchen- oder auch spirillenförmig.

Vertreter der Ectothiorhodospiraceae oxidieren durch Photosynthese Sulfide, bzw. Schwefelwasserstoff zu elementaren Schwefel und lagern den Schwefel in Form von Kügelchen außerhalb der Zelle (extrazellulär) ab. Der Schwefel kann dann weiter extrazellulär zu Sulfat oxidiert werden. Da kein Sauerstoff freigesetzt wird findet eine anoxygene Photosynthese statt.

Mehr: http://de.wikipedia.org/wiki/Ectothiorhodospiraceae
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MASSENSTERBEN - Tod aus der Tiefe
Sehr wahrscheinlich verursachten nicht Asteroiden, sondern
erstickende Hitze und Giftgase, die aus fauligen Ozeanen
aufstiegen, die meisten Massenextinktionen der Vergangenheit.
Treibt die Erde wieder auf eine solche Treibhauswelt zu?
www.wissenschaft-online.de/artikel/865649

[Benjamin]

Erhitzte Meere können Massensterben auslösen
6.03.07

In der Erdgeschichte ist es mehrmals zu bisher ungeklärten Massensterben gekommen, in Analogie zu den Dinosauriern haben Geologen einen Meteoriteneinschlag als Grund vermutet. Der US-Geologe Peter D. Ward vertritt eine andere Theorie: Durch die Erhitzung der Atmosphäre kippten die Meere und vergifteten die Atmosphäre. Wenn der aktuellen Klimaerwärmung nicht gegengesteuert wird, könnte der Menschheit ein ähnlich stinkendes Ende bevorstehen.

Zuerst auf Vulkane als Auslöser getippt ...

Im Laufe der Erdgeschichte ereigneten sich immer wieder Massensterben, bei denen ein großer Teil der Lebewesen auf der Erde ausstarb. Prominenteste Opfer der vorerst letzten solchen Katastrophe waren vor 65 Millionen Jahren - am Übergang zwischen Kreidezeit und Tertiär - die Dinosaurier.

Zunächst konnten sich die Paläontologen nur gewaltige Vulkanausbrüche als Auslöser der simultanen Vernichtung vieler biologischer Arten weltweit vorstellen. Tatsächlich herrschte in Zeiten einer Massenextinktion meist auch starke vulkanische Aktivität, von der etwa die riesigen Plateaubasalte in Indien und Sibirien zeugen.

... dann aber auf Meteoriten festgelegt

Doch 1980 entdeckten Forscher um Walter Alvarez große Mengen Iridium in Ablagerungen an der Grenze zwischen den Formationen der Kreidezeit und des Tertiärs. Da dieses Element auf der Erde sehr selten ist, aber häufig in Meteoriten vorkommt, schlossen die Wissenschaftler aus seiner Anreicherung und anderen Indizien, dass damals ein gewaltiger Himmelskörper auf der Erde eingeschlagen sein muss.

An den klimatischen Folgen dieses verheerenden Aufpralls sei ein Großteil des irdischen Lebens zu Grunde gegangen.

Fieberhafte Suche nach Meteoritenspuren

Wenn eine Bombe aus dem All die Dinosaurier ausgelöscht hatte, könnte ähnliches auch schon früher geschehen sein. Forscher in aller Welt suchten deshalb in den vergangenen 25 Jahren nach Indizien für einen Meteoriteneinschlag im Zusammenhang mit den anderen bekannten Massenextinktionen.

Die Ergebnisse waren zwar längst nicht so überzeugend wie an der Grenze zwischen Kreidezeit und Tertiär. Dennoch sah ein Großteil der Paläontologen die Ursache für die Episoden globalen Artensterbens seither im Weltall.

Alternativszenario: Umweltkatastrophe

Der US-Geologe Peter D. Ward erschüttert diese Ansicht nun mit neuen Befunden und präsentiert einen alternativen Extinktionsmechanismus: eine Umweltkatastrophe, bei der in einer Treibhauswelt umkippende Ozeane zu stinkenden Kloaken wurden und Meerwasser wie Atmosphäre mit giftigem Schwefelwasserstoff verpesteten.

Peter D. Ward präsentierte seine Theorie im Märzheft von "Spektrum der Wissenschaft".

Biosphäre über lange Zeit verödet

Zunächst einmal stellt Ward fest, dass im Unterschied zum Untergang der Dinosaurier bei früheren Massensterben die Biosphäre viele Millionen Jahre lang verödet war. Das ergaben neue Untersuchungen über das Mengenverhältnis zweier unterschiedlich schwerer Formen von Kohlenstoff im Gestein.

Kohlenstoff wurde mehr, Pflanzen weniger

Pflanzen bevorzugen bei der Photosynthese Kohlendioxid mit dem leichteren Kohlenstoffatom der Masse 12. Dadurch reichert sich in der Lufthülle die schwerere Form mit der Masse 13 an. Sie wird dann in Kalkgestein eingebaut, das bei Verwitterungsprozessen entsteht.

Steigt in diesem Gestein also der Anteil an leichtem Kohlenstoff sprunghaft an, müssen die Pflanzen dezimiert worden sein. Wirklich findet sich ein solcher Anstieg zeitgleich mit den meisten Massenextinktionen. Zugleich dauert es sehr lange, bis wieder normale Verhältnisse herrschen und die Vegetation sich erholt hat.

Mit neuem Biomarker ...

Diese lange Dauer spricht laut Ward klar gegen einen Meteoriteneinschlag, der nur einen kurzzeitigen Niedergang des Lebens bewirken sollte. Die Ursache des Artensterbens muss vielmehr ein langwieriger Prozess gewesen sein. Auf seine Spur kam der US-Forscher durch einen gleichfalls neu entdeckten Biomarker im Gestein.

Es handelt sich um die Reste von fettähnlichen Stoffen in den Membranen von Mikroorganismen. Sie sind so stabil, dass sie sich bis heute erhalten haben und mit Verfahren wie der Massenspektrometrie nachweisbar sind.

... Schwefelbakterien im Meer entdeckt

Entsprechende Untersuchungen ergaben, dass in Zeiten weltweiten Artensterbens die Weltmeere von Mikroben wimmelten, die Photosynthese treiben und dafür Schwefelwasserstoff benötigen. Es handelt sich um grüne Schwefelbakterien und Schwefelpurpurbakterien. Heute leben sie nur in flachen stehenden Gewässern, die umgekippt und biologisch weitgehend tot sind.

Ihr früheres massenhaftes Vorkommen in den tiefen Ozeanen bedeutet, dass damals dort die gleichen lebensfeindlichen Bedingungen geherrscht haben müssen wie heute in stagnierenden, fauligen Tümpeln. Als Ursache vermutet Ward ein extremes Treibhausklima, ausgelöst durch gewaltige Emissionen an Kohlendioxid und Methan - vermutlich infolge großräumiger vulkanischer Aktivität.

Tiere erstickten in aufgeheizten Meeren ...

Die aufgeheizten Ozeane konnten demnach kaum noch Sauerstoff aufnehmen. Allmählich erstickten dadurch die Meerestiere und sanken auf den Grund, wo sie von anaeroben Bakterien zersetzt wurden, die dabei Schwefelwasserstoff erzeugten. Das giftige Gas stieg empor, reagierte mit dem verbliebenen Sauerstoff und ließ weitere Meeresbewohner verenden. So wurde nach einiger Zeit der gesamte Ozean sauerstofffrei. An seiner Oberfläche breiteten sich die grünen und purpurnen Schwefelbakterien aus.

... und verendeten in verpesteter Luft

Der Schwefelwasserstoff gaste schließlich aus dem Meer aus und verpestete die Luft, so dass er auch vielen Landlebewesen zum Verhängnis wurde. Dabei drang er sogar bis in die Stratosphäre vor, wo er nach den Ergebnissen neuester Untersuchungen die schützende Ozonschicht der Erde angriff.

Somit konnte die schädliche Ultraviolettstrahlung der Sonne bis zum Boden vordringen und auch noch einen Großteil der Lebewesen vernichten, die das Giftgas vertrugen.

Ozeane könnten wieder kippen

Wenn dieses Szenario stimmt, ergeben sich auch bedrohliche Folgerungen für die heutige Zeit. Zum Umkippen der Meere kam es, sobald der Kohlendioxidanteil der Atmosphäre ein Promille überstieg. Nach 0,28 Promille (280 ppm) in vorindustrieller Zeit ist dieser Wert durch anthropogene Emissionen heute bereits auf 0,38 Promille gestiegen.

Sollte sich an der momentanen Emissionsrate nichts ändern, wäre kurz nach dem Ende des nächsten Jahrhunderts die Promillegrenze erreicht und es könnte wieder dazu kommen, dass die Ozeane umkippen. "Wie viel Zeit bliebe dann noch bis zu einem erneuten, durch den Treibhauseffekt verursachten Massensterben", fragt Ward in seinem Artikel und mahnt: "Wir sollten es nicht dazu kommen lassen, das herausfinden zu müssen."

http://science.orf.at/science/news/147473
http://earthweb.ess.washington.edu/ess/about/

Peter Ward, Professor

Isotope Geochemistry, Astrobiology, Paleontology
Phone: 206-543-2962, 685-3825
Office: KIN-162
E-Mail: ward@ess.washington.edu
short biography: http://earthweb.ess.washington.edu/d....php?name=ward

[Benjamin]

Ocean stagnation and end-Permian anoxia
Manuscript received May 1, 2000

Roberta M. Hotinski* Department of Geosciences, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, USA
Karen L. Bice Department of Geology and Geophysics, Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, Massachusetts
02543, USA
Lee R. Kump Department of Geosciences, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, USA
Raymond G. Najjar Department of Meteorology, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, USA
Michael A. Arthur Department of Geosciences, Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802, USA

ABSTRACT
Ocean stagnation has been invoked to explain the widespread
occurrence of organic-carbon–rich, laminated sediments interpreted to have been deposited under anoxic bottom waters at the time of the end-Permian mass extinction. However, to a first approximation, stagnation would severely reduce the upwelling supply of nutrients to the photic zone, reducing productivity. Moreover, it is not obvious that ocean stagnation can be achieved. Numerical experiments performed with a three-dimensional global ocean model linked to a biogeochemical model of phosphate and oxygen cycling indicate that a low equator to pole temperature gradient could have produced weak oceanic circulation and widespread anoxia in the Late Permian ocean. We find that polar warming and tropical cooling of sea-surface temperatures cause anoxia throughout the deep ocean as a result of both lower dissolved oxygen in bottom source waters and increased nutrient utilization. Buildup of quantities of H2S and CO2 in the Late Permian ocean sufficient to directly cause a mass extinction, however, would have required large increases in the oceanic nutrient inventory.

Keywords: Permian, anoxia, ocean circulation, phosphate cycle, oxygen cycle.
http://www.whoi.edu/science/GG/peopl..._etal_2001.pdf
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Anoxic event
From Wikipedia, the free encyclopedia
Jump to: navigation, search

As early as 1911, major oceanic currents were well mapped and understood, albeit without today's understanding of how they affect regional and global climatological conditions.
This world perspective on oceanic currents demonstrates the interdependencies of transnational regions on circulating currents.Oceanic anoxic events or anoxic events occur when the Earth's oceans become completely depleted of oxygen (O2) below the surface levels. Although anoxic events have not happened for millions of years, the geological record shows that they happened many times in the past. Anoxic events may have caused mass extinctions. ....

OAE = oceanic anoxic event

... Here is another way of looking at oceanic anoxic events. Assume that the earth releases a huge volume of carbon dioxide during an interval of excessive volcanism; global temperatures rise due to the greenhouse effect; global weathering rates and fluvial (Deutsch: Fluss-) nutrient flux increase; organic productivity in the oceans increases; organic-carbon burial in the oceans increases (OAE begins); carbon dioxide is drawn down (inverse greenhouse effect); global temperatures fall, and the ocean–atmosphere system returns to equilibrium (OAE ends).

In this way, an oceanic anoxic event can be viewed as the Earth’s response to the injection of excess carbon dioxide into the atmosphere and hydrosphere. ...

http://en.wikipedia.org/wiki/Anoxic_event
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Anoxic waters
When oxygen is depleted in a basin, bacteria first turn to the second-best electron acceptor, which in sea water is nitrate. Denitrification occurs, and the nitrate will be consumed rather rapidly. After reducing some other minor elements, the bacteria will turn to reducing sulfate.

[Benjamin]

Meeresschutz ist Klimaschutz
08.06.2009

Broschüre des Umweltbundesamtes verdeutlicht Folgen des Klimawandels für die marinen Ökosysteme

Der Klimawandel verändert unsere Meere. Eisbären, die zwischen einsamen Schollen schwimmend keine Beute mehr machen, sind nur eine traurige Perspektive für die Folgen, die die Erderwärmung in den komplexen Wirkungszusammenhängen der marinen Ökosysteme auslösen können. Die Meere heizen auf. An der Messstation Helgoland Reede ist die Wassertemperatur seit Beginn der Aufzeichnungen 1962 um 1,5 °C gestiegen. Der mittlere weltweite Meeresspiegel steigt weiter - im Zeitraum von 1993 bis 2003 bereits um 3,1 Millimeter jährlich. Die Ozeane versauern. Die zunehmende Kohlendioxid-konzentration und der absinkende pH-Wert des Meerwassers erschweren die lebens-notwendige Kalkbildung etwa bei Algen und Korallen. „In der Folge des weltweiten Temperaturanstiegs werden die Nahrungsketten im Meer empfindlich gestört oder sogar geschädigt. Nur intakte Meeresökosysteme besitzen die nötige Widerstandskraft, um den Folgen des Klimawandels zu begegnen. Der Schutz unserer Meere ist deshalb besonders wichtig“, sagt Dr. Thomas Holzmann, Vizepräsident des Umweltbundesamtes (UBA), anlässlich des am 8. Juni 2009 als World Oceans Day (Welttag der Meere) begangenen Thementages der Vereinten Nationen.

Eine neue Broschüre des UBA beschreibt die kritische Situation der marinen Ökosysteme und geht auf die Folgen des Klimawandels für den Meereszustand, die Meeresbewohner und die Nutzung der Meere ein.

Die Weltmeere absorbieren mit mehr als 80 Prozent den größten Teil der dem Klimasystem zugeführten Wärme. Das führte mittlerweile dazu, dass die durchschnittliche Temperatur der Ozeane bis in Tiefen von 3.000 Meter messbar gestiegen ist. Die daraus resultierende thermische Ausdehnung und die Verdünnung des Meerwassers mit Süßwasser durch verstärkte Niederschläge und Schmelzwässer führen zum Anstieg des Meeresspiegels und beeinflussen die Meeresströmungen.

Was passiert, wenn sich die globale Zirkulation in den Weltmeeren verändert, gehört zu den vielen offenen Fragen und Unsicherheiten. Doch schon die bereits erwiesenen Fakten zwingen zum sofortigen Handeln. Dazu gehört die Tatsache, dass die Weltmeere versauern. Die Ozeane nehmen jährlich etwa 30 Prozent des vom Menschen verursachten Kohlendioxids auf. Sie speichern rund das 50fache der in der Atmosphäre vorliegenden Menge und sind auch langfristig die wichtigste Senke für Kohlendioxid. Bereits seit einigen Jahrzehnten ist eine Zunahme der Kohlendioxid-Konzentrationen in den oberen Meeresschichten nachweisbar. Diese führten bereits zu einer Versauerung der Meere um 0,11 pH-Einheiten. Hierdurch wird beispielsweise Kalk bildenden Arten die Ausbildung von Kalkschalen oder Kalkskeletten erschwert. Korallen sind mit symbiontischen Algen vergesellschaftet, die sie unter Wärmestress verlieren, so dass die Korallen ausbleichen. Steigt der Meeresspiegel schneller als die Korallen mit maximal 10 Millimetern pro Jahr vertikal wachsen können, gelangt zudem nicht mehr genügend Licht an die Algen. Mit ihnen sterben auch die Korallen.

Zwei konkrete Beispiele für die Folgen des Klimawandels:

In der Arktis stieg die durchschnittliche Temperatur in den letzten Jahren fast doppelt so schnell wie im globalen Mittel. Seit 1978 schrumpft das arktische Meereis um durchschnittlich 2,7 Prozent pro Jahrzehnt. Im September 2007 war die Ausdehnung des Eises mit 4,28 Millionen km² geringer als jemals zuvor. So war auch die Nordwestpassage vom Atlantik zum Pazifik - bislang für gewöhnliche Schiffe weitgehend unpassierbar - erstmals völlig eisfrei. Die Randregionen des arktischen Meereises sind der wichtigste Lebensraum für die arktische Pflanzen- und Tierwelt.

Die Ostseeringelrobbe ist an ein Leben im Eismeer angepasst. Die Jungtiere werden in Schneehöhlen geboren und gesäugt. Der Winter 2008/09 war der eisärmste seit Beginn der Aufzeichnungen. Der größte Teil der Jungtiere überlebte ihn nicht. Mit derzeit nur noch etwa 7.000 bis 10.000 Tieren, steht die Ostseeringelrobbe bereits auf der Roten Liste der Internationalen Naturschutzunion (IUCN).

Vom Menschen verursachte Belastungen wie Überfischung, Einträge von Schadstoffen und zuviel Nährstoffen, die Zerstörung von Lebensräumen der Küsten und des Meeres sowie die Verbreitung nicht einheimischer Arten brachten die Weltmeere an die Grenzen ihrer Belastbarkeit. Der Klimawandel kommt als weiterer „Stressfaktor“ hinzu. Die verursachten Veränderungen der Meeresumwelt können auch erhebliche Folgen für den Menschen haben. So dürften zum Beispiel durch Überfischung drastisch reduzierte Bestände für Klimaänderungen anfälliger sein als nachhaltig genutzte. Genetisch vielfältige Populationen und artenreiche Ökosysteme haben ein größeres Potenzial, sich dem Klimawandel anzupassen. Durch die Überfischung ihrer wichtigen Fraßfeinde wie dem Thunfisch kommt es in vielen Teilen der Meere zu einem Massenauftreten von Quallen. Die Quallen als Nahrungskonkurrenten und Fraßfeinde von Fischen wiederum können ganze Populationen von Fischen des Nahrungsnetzes dezimieren und sogar die biologische Vielfalt beeinträchtigen. Zum Teil giftige Quallenplagen und Algenblüten entwickeln sich mehr und mehr zu einer Gefahr für die menschliche Gesundheit und haben weiterhin einen negativen Einfluss auf den Tourismus.

„Wir alle sind gefordert, den Klimawandel aufzuhalten und geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen zu ergreifen“, sagt Dr. Thomas Holzmann. „Die Nutzung erneuerbarer Energien, die Wärmedämmung von Wohnhäusern und der Umstieg auf Kraftfahrzeuge mit niedrigem Schadstoff- und CO2-Ausstoß tragen dazu bei, dass Ressourcen und unser Klima geschützt werden. Diese und andere Klimaschutzmaßnahmen schützen damit auch unsere Meere.“

Die Veröffentlichung „Klimawandel und marine Ökosysteme – Meeresschutz ist Klimaschutz“ steht im Internet unter http://www.umweltbundesamt.de/uba-in...&Suchwort=3805 zur Verfügung.

Informationen zum World Oceans Day der Vereinten Nationen gibt es unter http://www.un.org/Depts/los/referenc...doceansday.htm

Dessau-Roßlau, 08.06.2009

Umweltbundesamt
Pressesprecher: Martin Ittershagen
Internet: www.umweltbundesamt.de