Biogeochemische Modellierung

Die Kreisläufe biogeochemischer Stoffe werden durch die Wechselwirkung von physikalischen, chemischen und biologischen Prozessen bestimmt. Die Komplexität dieser Kreisläufe wird in flachen Küstengewässern zusätzlich noch durch die enge Verknüpfung von Prozessen in den Sedimenten und der Wassersäule verstärkt. Biogeochemische Wechselwirkungen und Rückkopplungen umfassen hoch-dynamische Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphor-Massenflüsse, die mit Hilfe von biogeochemischen Modellen abgeschätzt werden können.

Das Adaptive Küstenökosystemmodell (Model for Adaptive Ecosystems in Coastal Seas, MAECS) kann die Dynamik folgender Komponenten darstellen: Nährstoffe, Phytoplankton, Zooplankton, gelöste organische Substanzen und Detritus. Seine Besonderheit liegt in seinen Schwerpunkt auf Anpassung der Biota. Dies beinhaltet zum Beispiel größenabhängiges Fressverhalten von Zooplankton oder die Lichtanpassung von Algen, was im Modell durch Variationen des Chlorophyll-Kohlenstoff-Verhältnisses umgesetzt wird. MAECS ist an das physikalische General Estuarine Transport Model GETM gekoppelt (siehe Abbildung rechts).
In aktuellen Version werden Beobachtungen dazu benutzt Modellparametrisierungen zu kalibrieren und das Modell unter verschiedenen Randbedingungen zu validieren. COSYNA-Beobachtungen liefern dabei wichtige Randbedingungen für die Abschätzung der Flüsse und die Größenordnung der räumlichen und zeitlichen Variabilität. Langfristig wird die Assimilation von Daten in MAECS die Zustandsbeschreibungen verbessern und zuverlässige Vorhersagen von ökologischen Schlüsselgrößen liefern.

Biogeommodel-chla-c Ratio

Chlorophyll-a zu Kohlenstoff-Verhältnis (Chla:C): Oberflächenverteilung von Chla:C (in gChla/gC) vom flachen Wattenmeer in Richtung zentrale Deutsche Bucht

Die Abbildungen zeigen zwei Beispiele für Modellergebnisse. Erstens, die Fähigkeit des Modells physiologische Variationen des zellulären Chlorophyll-a zu Kohlenstoff-Verhältnisses in Phytoplankton aufzulösen, was wichtig ist, wenn Stickstoffbiomasse mit beobachteten Chlorophyllkonzentrationen in Beziehung gesetzt wird. Muster dieser Konzentrationen helfen bei der Identifikation von Gebieten mit verstärkter Chlorophyllsynthese, die verringerte Lichtverfügbarkeit kompensieren, zum Beispiel durch tiefere Vermischung oder verstärkte Dämpfung von Licht.

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Partikulärer organischer Detritus: Bodenkonzentration von organischem Detritus (Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphat in Gesamtmasse berechnet (mg/l) um den organischen Anteil an Schwebstoffen darzustellen).

Zweitens, Phytoplanktonwachstum („Primärproduktion“) und die Absonderung von Polysacchariden kontrollieren die Koagulation und das Setzverhalten von Schwebstoffen. Deren Muster können Gebiete aufzeigen in denen Algen sich verstärkt ansammeln oder absinken und damit organisches Material zu den Sedimenten transportieren.