Biogeochemical cycling of iron and phosphorus under low oxygen conditions

Lomnitz, Ulrike

Benthic release of the key nutrients iron (Fe) and phosphorus (P) is enhanced from sediments that are impinged by oxygen-deficient bottom waters due to its diminished retention capacity for such redox sensitive elements. Suboxic to anoxic and sometimes even euxinic conditions are recently found in open ocean oxygen minimum zones (OMZs, e.g. Eastern Boundary Upwelling Systems) and marginal seas (e.g. the Black Sea and the Baltic Sea). Recent studies showed that OMZs expanded in the last decades and will further spread in the future. Due to the additional release of bioavailable key nutrients from the sediments in such high productivity regions, several feedback mechanisms can evolve. The scenarios range from positive to neutral and negative consequences on the evolution of the ocean’s oxygen levels. This controversial issue makes it crucial to investigate the biogeochemical cycling of Fe and P in OMZs.

Sedimente, die unterhalb von Sauerstoffminimumzonen (SMZ) liegen, begünstigen die benthische Freisetzung von Schlüsselnährstoffen wie gelöstem Eisen (Fe+2) und Phosphat (PO43-). Eine verringerte Rückhaltekapazität der Sedimente für solche redox-sensitiven Elemente führt zu deren Freisetzung im Porenwasser und gegebenenfalls in das darüber liegende Bodenwasser. Heutzutage gibt es sowohl im offenen Ozean (z. B. die Auftriebsgebiete an den östlichen Kontinentalrändern) als auch in Randmeeren (z.B. im Schwarzen Meer und in der Ostsee) sauerstoffverarmte Gebiete mit suboxischen bis anoxischen, teils auch euxinischen Bedingungen in der Wassersäule und im Bodenwasser. Aktuelle Untersuchungen haben gezeigt, dass sich diese Zonen in den letzten Jahren stark ausgedehnt haben und dieser Prozess auch in der Zukunft weiter voranschreiten wird. Der damit verbundene zusätzliche Eintrag von gelösten Nährstoffen in die Wassersäule, die direkt für die Primärproduzenten zur Verfügung stehen, und dessen Folgen werden bezüglich verschiedener Rückkopplungsmechanismen auf das ozeanische Sauerstoffinventar diskutiert. Es ist weitere intensive Forschung zum biogeochemischen Kreislauf von Fe und P in SMZs notwendig, um die Folgen der fortwährenden Sauerstoffverarmung der Ozeane besser abschätzen zu können.

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Lomnitz, Ulrike: Biogeochemical cycling of iron and phosphorus under low oxygen conditions. 2017.

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