Meeresbiologie (Fach) / Stoffkreisläufe (Lektion)

PM3, Rostock, WS 15/16

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• Arbeiten Sie charakteristische Unterschiede der Morphologie zwischen den 3 Ozeanen heraus Pazifik: größte Fläche und Volumen, tiefster Graben Atlantik: meiste Randmeere Indik: kleinste Fläche und Volumen, im Mittel tiefer als Atlantik, keine Verbindung zum Nordpolarmeer
• Nennen und erläutern Sie 2 Strategien, mit denen Benthostiere auf O2-Mangel reagieren können Conformer passen O2 Verbrauch der O2 Konzentration ihrer Umgebung an Regulierer pumpen bei O2-Mangel mehr Wasser pro Zeit durch Kiemenbis zum kritischen Punkt, wenn Ausgleich nicht mehr möglich
• Warum lässt sich die Bioturbation als diffusionsanaloger Prozess beschreiben? Nennen Sie ein Gegenbeispiel Fick´sche Diffusion: Brown´sche Molekularbewegung (kleine, ungerichtete Schritte), führt statisch dazu, dass ein Stofffluss entlang eines Konzentrationsgradienten (von höherer zu niedrigerer Konz.) entsteht Bioturbationlocal mixing: die Summe der mechanischen Durchmischung von Benthostieren führt zu einem ungerichteten, kleinschirttigen Sedimentfluss von höherer zu niedriger Konzentration -> Diffusionsanalog non-local mixing: gerichteter, advektiver Transport
• Was ist Bioturbation? mechanische Arbeit, die Tiere am und im Meeresboden leisten BiodepositionBioresuspensionPartikelvermischungBioirrigation (Transport von Fluiden)
• Nennen Sie 3 Prozesse, die im physikalischem Sinn als Fluss bezeichnet werden biol. Sedimentation g m-2 d-1 Diffusion Mol m-2 d-1 Lichteinstrahlung µE
• Warum hat Boysen Jensen mit seinem Ansatz der Bestimmumg der Sekundärproduktion den realen Wert unterschätzt? nur zwei Messungen in einem Jahr gemacht Wachstum und Fraß der juvenilen Stadien ausgelassen
• Nennen Sie 3 Beispiele wie man Kohorten für benthische Tiere ermitteln könnte unterschiedliche Larvenstadien Wachstumsringe Länge/Breite (Muscheln) Größe des Brustpanzers Öffnungsweite der Röhre (Würmer)
• Welche Effekte haben benthische Ökosystemingenieure in marinen Sedimenten? Organismen, die die Verfügbarkeit von Ressourcen für andere Organismen direkt oder indirekt verändern, indem sie die physikalischen Randbedingungen modifizierenArimicula marina (Wattwurm): O2-Versorung von tiefer liegenden Organismen, Nahrungseintrag
• Wie wirkt sich ein Polydora-Rasen auf die Stoffflüsse am Meeresboden aus? dichte Fauna bremst Bodennahe Strömung -> erhöhte Sedimentation Skimming flow → Anheben der Strömungsgrenzschicht
• Warum ist es für Benthostiere vorteilhaft möglichst weit aus der Oberfläche herausragen zu können? außerhalb der Prandtlschen Grenzschicht exponetiell höhere laterale Strömung -> passiv stark erhöhte Filtrationsrate
• Nennen Sie 3 geeignete Tracer zur Quantifizierung der Partikelmischung im Sediment Chlorophyll Luminophoren natürliche Radioisotope (234Th)
• Wie kann man das Fick´sche Gesetz erweitern, um non local mixing zu quantifizieren? Advektionsterm hinzufügen (für Schrittlänge und Frequenz des Partikeltransports (Bsp. Muschel))
• Was bewirkt die Bioirrigation und in welcher Größenordnung liegt Sie in Küstengewässern Transport von Fluiden durch Benthostiere (Durchströmung von Gängen und Bauten, Durchströmung permeabler Sedimente) erhöht Diffusionsrate um Faktor 10 (Tiefsee x2)
• Was versteht man unter dem Shannon-Wiener Index und wovon hängt er ab? Alternativer Index? beschreibt die Biodiversität eines Systems unter Berücksichtigung der Artenzahl, der Anzahl der Individuen pro Art und der Gesamtindividuenzahl gibt zusammen mit der Eveness J Auskunft über die Verteilung der Arten in Tiefsee häufig verwendet: expected species number nach Hurlbert
• Warum kann man den von einzeln gehälterten Arten ermittelten Stofffluss nicht einfach zu einem Gemeinschaftswert addieren? positive und negative Interaktionen zwischen den Arten müssen berücksichtigt werdenOver yield/ Under yield (evtl. redundancy hypothesis, Rivet hypothesis)
• Warum kann man generell behaupten, dass Bakterien den Stoffumsatz im Sediment dominieren? stellen nach der Schwinghammer Kurve die Hälfte der Biomasseaußerdem hohe Stoffwechselaktivität nach der size-efiiciency-hypothesis
• Welche Bedeutung hat die Sedimantation einer Frühjahrsblüte für die Sedimentlebensgemeinschaft der Ostsee? großes Nahrungsangebot (⅓ Jahreseintrag in 1 Woche) -> erhöhte Aktivität und erhöhte O2-Zehrung → Gefahr Anaerobiose/O2-MangelAuslöser für Reproduktionszyklen
• Welche Faktoren bestimmen die Energieflussgleichung für einen m2 Meeresboden? Consumption = Production + Respiration (Wärmeabgabe) + Urin + Faeces • Laf: Lateraler Advektionsfaktor • S: Sedimentation • BD: Biodeposition • P: Produktion • Q: Wärme • EF/DF: Verlustflüsse • Respiration
• Welche Faktoren gehen in die Modelle von Suess und Hargrave über die benthische-pelagische Kopplung ein? Primärproduktion, Tiefe der durchmischten Schicht
• Welchen Stoffwechsel betreiben gut angepasste Makrofauna Arten bei fehlendem O2? fermentativen Stoffwechsel (Sparstoffwechsel), Bsp. Artica isladica Fermentation von Speicherstoffen wie Lipiden und Glykogen
• Nenne die wichtigsten abiotischen Faktoren der Tiefseeebene Temperatur (2-4 °C – sehr konstant) hoher Druck (1 bar/10m – 300-600 bar) kein Licht Salinität (35 PSU)
• Definieren Sie Bioturbation und nennen Sie 3 Teilprozesse mechanische Arbeit, die Tiere am und im Meeresboden leistenBiodepositionBioresuspensionBioirrigation (Transport von Fluiden)Partikelvermischung
• Welches ist die mittlere Höhe der Landmassen, welche die mittlere Tiefe der Ozeane? Land: 840 mOzeane: - 3800 m
• Definiere Diagenese Die Summe aller Prozesse im Sediment, die Veränderungen der abgelagerten Substanzen mit sich bringeno ohne Diagenese bleiben Eigenschaften des an der Sedimentoberflächesedimentierten Materials erhalten und wandern in die Tiefe (z.B. Aschelage)o mit Diagenese verändern sich die Eigenschaften mit der Zeit (~Tiefe) z.B. das Abklingen von 137Cs
• Was verstehen sie unter einem "steady state"? alle beteiligten Prozesse verlaufen über einen bestimmten Zeitraum gleichmäßig; der Konzentrationsverlauf ändert sich daher mit der Zeit nicht Stoffeintrag und Stoffumsatz sind konstant
• Welche Bedingung muss erfüllt sein, damit sich nach der Ablagerung an der Sedimentoberfläche für einen radioaktiven Stoff ein steady-state Tiefenprofil ergibt? das Verhältnis von Sedimentation und Abbau (radioaktiver Zerfall) muss gleich bleiben
• Für welchen Transportprozess kann man mit dem Fick’schen Gesetz einen Transport (Fluss) berechnen? Diffusion
• Welche beiden Schritte sind für die Wandlung von primärproduziertem organischem Material nötig, bevor Bakterien dieses nutzen können? Zerkleinerung/ Verdauung durch höhere Organismen externe Verdauung durch Bakterien
• Nenne mindestens drei großräumige Transportvorgänge im Meer Sedimentation, Biologische Pumpe, diffusiver Transport
• Weshalb sind C-Kreislauf und andere Elementkreisläufe mit einander verbunden? weil dieselben Organismen meist an mehreren Elementkreisläufen beteiligt sinddas gild besonders für C, weil C fundamentaler Bestandteil aller organischen Verbindungen ist
• Haben große Pools in der Regel eine kurze oder eine lange Verweilzeit? die Verweildauer hängt von der Größe des Pools und Geschwindigkeit desStoffflusses ab bei gleichem Stofffluss ist also die Verweildauer in einem größeren Pool länger als in einem kleineren
• Ordne die Verweilzeiten/Poolgrößen von C, N, oder P in folgenden Kompartimenten in steigender Folge: Meerwasser, Biomasse an Land, Biomasse im Meer C: Meerwasser > Landbiota > MeeresbiotaN: Meerwasser > Landbiota > MeeresbiotaP: Landbiota > Meeresbiota > Meerwasser
• Was ist kanonische Denitrifizierung? Funktion und Überlappung von allen 4 Enzymkomplexen–> führt zur vollständigen DenitrifikationNO3- –> NO2- –> NO –> N2O –> N2
• Welche Stoffe speichert Thioploca für die Redoxreaktion mit NO3-? elementarer Schwefel und Polyphosphat
• 2 Beispiele für Symbiosen, die auf Schwefel basieren? Stibonematinae – bakterielle Ektosymbionten auf Stibonematide Riftia pachyptila – Schwefeloxidierende Bakterien (Hydrothermale Quellen) Konsortium von methanoxidierenden Archaeen und sulfatreduzierenden Bakterien Ektosymbiontische Bakterien auf Nematoden, die zwischen oxischem und sulfidischem Milieu wandern → Sulfidoxidation
• Wieso ist Bioturbation für kontinuierliche Kreisläufe von Fe und Mn im Sediment wichtig? Bioturbation sorgt fur Oxygenierung des Sediments → Bildung und Ausfällung von Metalloxiden ohne Bioturbation entkommen die reduzierten Verbindungen aus dem Sediment in die Wassersaule
• Was ist ein HNLC-Gebiet? High Nutrient Low Chlorophyll Wachstum von Phytoplankton ist durch Eisen limitiert, Phosphat und Nitrat werden nicht umgesetzt
• Welche Prozesse bzw. Stoffe im Meer zeigen Landnähe an? erhöhter Phosphor-/ Stickstoffgehalt durch Flüsse, Landwirtschaft Eutrophierung, Aussüßung, höhere Primärproduktion
• Nenne 2 Orte an denen typischerweise Oxiklinen existieren. an Chemo- oder Thermoklinen, Grenzen zwischen Wasserkörpern Grenze Wasserkörper / Sediment (O2 nur wenige mm (Ostsee) bis dm (offener Atlantik) tief)
• Welche zwei Kreisläufe sind stark von Redoxbedingungen abhängig? Schwefel und Eisen
• Was sind rezyklierte Elemente? Elemente, die im organischen Kreislauf erhalten bleiben und nicht remineralisiert werden(z.B. Phosphat, Nitrat, Silikat)
• Wodurch wird der Salzgehalt in der Regel eingestellt? Was sind die Ausnahmen dieser Regel? Eintrag durch Flüsse und Regen -> Meere sind SalzsenkenAufkonzentration durch Verdunstung über dem Meer Austrag durch Sedimentierung (bspw. Kieselalgen) oder Verlandung von Meeren (geologische Zeiträume)
• Was sind Mikro- und Makronährstoffe? Mikro: Vitamine, MineralstoffeMakro: Kohlenhydrate, Fette, Proteineman braucht Mikro um Makro zu verwerten
• Löslichkeit von O2, wo liegt die Sättigungskonzentration (ml/l) in der Ostsee und im offenen Nordatlantik? abhängig von Temperatur und SalzgehaltOstsee: 7 ml/Loffener Nordatlantik:
• Was ist Gallionella ferruginea für ein Organismus? Chemolithoautotropher Eisenoxidierer
• Was kann mit Ammonium, das im Sediment entsteht, geschehen, bevor es in die Wassersäule exportiert wird? Assimilation → Organik Nitrifizierung → Nitrat Anammox → N2
• Was versteht man unter Sekundärproduktion und in welcher Größenordnung liegen P/B-Werte bei der Makrofauna der Ostsee? P = dB/dt, Biomasseveränderung über die Zeit P/B in der Ostsee ~ 2-4
• Was beschreibt die Schwinghammer-Kurve? Natürliche Größenklassenverteilung der benthischen Organismen mit 3 Peaks: Mikro-, Meio-, Makrofauna Bakterien stellen einen Großteil der benthischen Biomasse
• Warum sind Atmungsprozesse im Meer(esboden) typischerweise in einer bestimmten Abfolge räumlich /zeitlich geordnet? Abfolge der Atmung nach Energieausbeute (Gibbs freie Energie) O2 -> Nitrat (Denitrifikation) -> Mangan/Eisenreduktion (Respiration Metalloxide) -> Sulfatreduktion -> Fermentation -> Methanoxidation Sauerstoffatmung tagsüber (Sauerstoff für anaerobe Bakterien toxisch) -> Sulfatreduktion nachts wenn kein O2 produziert wird
• Ordne O2, NO3-, Mn, Fe und SO42- Reduktion entsprechend ihrem Anteil am C-Umsatz. Nutze Zeichen wie „>, <, =“. O2 = SO42- (40%) > Fe3+ (5-25%) > NO3- (5-10%) > Mn4+ (2%)

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