Gliederung

Experiment (2) von Hingsamer et al. Der See Die Methode Das Modell Ergebnisse Diskussion

Zusammenfassung

Interne Wellen und ihre Auswirkung auf Organismen in der Wassersule

Sebastian Hambsch

Einfhrung in die Limnologie fr Physiker

30. Januar 2015

Gliederung

Was sind interne Wellen? Effekte von internen Wellen Experiment (1) von Evans et al.:

''Internal wave effects on Photosynthesis'': Der See Die Methode Das Modell Ergebnisse Diskussion

Was sind interne Wellen?

Wellen innerhalb, nicht auf, einem Gewsser, welche die Wassersule periodisch bewegen, an der Oberflche aber zu keiner Auslenkung fhren

Voraussetzung: Schichtung der Wassersule durch Druck, Temperatur oder Salinitt

Treten in den oberen Schichtender Seen auf (im Epi- und Metalimnion)

Was sind interne Wellen?

Periode: Stndlich bis Wchentlich(Interne Gezeiten)

Amplitude: 10 m 100 m (Meer)

Effekte von internen Wellenauf Photosynthese betreibende Organismen

Interne Wellen bewegen Phytoplankton durch ein nicht lineares Lichtfeld:mit d die Tiefe,_ der Absorptions-Koeffizient fr eine bestimmte Wellenlnge und c die Konzentration des absorbierenden Stoffs vernderung des Lichts (positiv und negativ)

Nettogewinn in der Photosynthese Organismen knnen in greren Tiefen leben

Experiment von Evans et al. ''internal wave effectson phtosynthesis: experiments, theory and modeling''

Das Experiment (1)Der See

Toolike Lake, Alaska; 1.5qm; oligotroph; 24 h Sonne, aber starke Schwankungen in der Intensitt

Interne Wellen 0.5 1.5 m am unteren Rand der euphotischen (lichtdurchleuchteten) Zone

Das DCM (deep Chlorophyll Maximum) am Anfang des Sommers im Metalimnion und wandert dann immer weiter nach oben

Sofort nach dem Winter starke Schichtung

Das Experiment(1)Die Methode

Vergleich der Produktion von fixiertem und (nach oben und unten) bewegtem Phytoplankton

Bewegte: Getrieben mit einer Sinus-Welle; Amp.: 10.5m Experimente im

spten Sommer(mixed layer >6m),durchgefhrt, aber Phytoplankton von 4-7m bewegt (wie imfrhen Sommer)

Photosynthese Messbar ber die Aufnahme von C14 Konzentration des Planktons ber Fluoreszenz Interne Wellen: Bewegung der Isobaren

Das Experiment (1)Das Modell

Eingangsdaten: Lichteinstrahlung

an der Oberflche

Schwchungsko-effizient

P(roduktivitt) vs. E(einstrahlung)

Unempfindlich gegenber der P vs. E Funktion

Keine Einbeziehung von:Photoinhibition & Temperatur

Das Experiment (1)Ergebnisse

Sehr groe Streuung in der einfallenden Intensitt (Wolken)

Der See befand sich am Aufwrmen Die Isotherme waren am absinken; Unterschiede in der Amplitude und Energie

Negativ: schwierige Auswertung

Positiv: groe Vielfalt an Ausgangssituationen

Das Experiment (1)Ergebnisse

Groe Streuung in den Ergebnissen der Photo-synthese

Von Verdopplung der Produktivitt (signifikant) bis 15% reduktion (nicht signifikant)

Modell: Stark Amplitudenabhngig Starke Beeinflussung durch

E_0

Das Experiment (1)Diskussion

Im Experiment immer hhere Effekte als vom Modell: Akklimatisierung des Phytoplanktons Geringerer Absorptionskoeffizient in den unteren

Wasserschichten Nach dem Eis geringe Schichtung hhere Amplituden

wegen geringerer Rckstellkraft evtl. entscheidender Faktor bei der Produktion des Phytoplanktons

Auswirkung im offenen Ozean, auf oder nahe einem Kontinentalsockel und in groen und kleinen Seen am strksten ausgeprgt

Das Experiment (2)Der See

Schichtung von Phytoplankton im Ammer-see

46.6 qkm; 1.7km^3; maximale und durchschnittliche Tiefe:81.1m, 37.5m; 16 km Nord-Sd, mesotroph

Planktothrix rubescence giftige Cyanobakterie mit Gasvesikeln; DCM im Metalimnion

Kieselalgen: DCM im Epilimnion

Das Experiment (2)Die Methode

Interne Wellen Bewegung der Isotherme Verteilung von Kieselalgen relativ zur Iso-

therme Beschattung der P.r.? Verteilung von P.r. relativ zur Isotherme

nderung in der kurz-, langfristigen Produktion? (mittels Spektroskopie)

Zeitliche Entwicklung der Verteilung

Das Experiment (2)Das Modell

Produktionsrate von O_2:

C_V: Zellvolumen

Das Experiment (2)Die Ergebnisse

- Messung der Isothermen- Schwarze Pfeile unten:

Beginn einer neuen internen Welle (23 h)

- M1 & M2 (unterschiedliche Seeenden) Phasenverschoben um 170 interne Seiche

- Reihenfolge der Detektionen Welle luft gegen den Uhrzeigersinn Kelvin-Welle

- Pfiel im Schaubild: Verbreiterung des Metalimnions

- 23 h Grundschwingung der Seiche- 10 h Hhere Schwingungsmode - 5 h Schwingung Quer im See- 11min Oberflchenwellen

- 20:00 22:00: Zeitliche bereinstimmung mit der ersten Mode der internen Welle

- um 2:00: Die zweite Mode der Internen Welle verbreitert das Metalimnion

- Produktion hngt von der Phase ab

Lichtintensitt und Produktion von P.r. ber einen Zeitraum von 6 Tagen

Das Experiment (2)Diskussion

Interne Wellen: Keine Durchmischung nur Versatz der Wasserpakete Durch die Bewegung der toxischen P.r.-schicht wird der Lebensraum

von nicht mitbewegten Organismen (z.B. Fischen) eingeschrnkt Vertikaler Versatz des Epilimnions kein Konstantes

Nahrungsangebot fr z.B. Muscheln Die Fhigkeit von P.r. seine Hhe in der Wassersule durch

Gasvesikel zu regulieren ist viel zu schwach um den Effekten der Seiche entgegen zu wirken teilweise sehr schnelle Drucknderung

Schwierig biologische Prozesse von Advektion zu unterscheiden Temperatur statt Tiefe verwenden

Erhhte O_2 Produktion (Wichtig: Phase des Versatzes zum Tag-Zyklus)

ZusammenfassungExperiment (1) & Experiment (2)

Interne Wellen tragen (abhngig von ihrer Amplitude) teilweise sehr stark zur Verteilung von Plankton bei

nderung der Lebensrume und Nahrungsangebot von Organismen, welche nicht der Bewegung der Wellen folgen

nderung der Produktionsrate von Phytoplankton wegen des nichtlinearen Lichtfelds

WICHTIG ist dabei die Phase relativ zum Wolken- und Tageszyklus

Quellen

spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/interne-wellen/7654 http://www.scienceinschool.org/print/4185 joe.47north.org/Alaska_04.htm link.springer.com/article/10.1007/PL00001359#page-1 ''Internal wave effects on photosynthesis: Experiments, theory and

modeling'', Evans, MacIntyre, Kling, distributed by the american society of Limnology an Oceanography

''The consequences of internal waves fpr phytoplankton focusing on the distribution and production of plankthotrix rubescence'', Hingsamer, Peeters, Hofmann by the the Environmental Physics Group from the Limnological Institute from the University of Konstanz

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