2.1 Chemische oceanografie

• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

2.1 Chemische oceanografie

Voedingsstoffen

• HMS Challenger
• 1872-1876, 70.000 km 
  
• 4000 soorten beschreven 
  
• William Dittmar analyseerde de watermonsters die genomen waren
  - 6 ionen die altijd aanwezig waren: natriumchloride (NaCl), sulfaat, magnesium, calcium, kalium
  

Kringlopen voedingsstoffen

• Stikstof, koolstof en fosfor worden door levende organismen gebruikt 
  
• Bewegen door de voedselketen door voeding (organische stoffen) 
  
• Reducenten brengen voedingsstoffen weer terug in het systeem (anorganische stoffen) 
  
• Voedingsstoffen gaan van abiotische (niet-levend) naar biotische (levend) fase via assimilatie (fotosynthese) 
  

Reservoirs

• Onderdeel van abiotische fase van een voedingsstof
  - Atmosfeer
  - Water
  - Rotsen en sedimenten 
• Verblijftijd: hoe lang een voedingsstof in een systeem zit
  - In diepe oceaan langer dan in oppervlaktewater

Concentratie voedingsstoffen in marien ecosysteem

• Voedingsstoffen toegevoegd door vulkaanuitbarstingen, run-off, interactie met de atmosfeer, zeestromen
• Factoren hebben invloed op concentratie gassen in zeewater:
  - Oplosbaarheid: hoe makkelijk het oplost in zeewater. Koolstofdioxide hoogste oplosbaarheid (dus hoogste concentratie), daarna zuurstof en daarna stikstof
  - Temperatuur: koud water kan meer gas vasthouden dan warm water
  - Saliniteit: lage saliniteit kan meer gas vasthouden
  - Aanwezigheid organismen: veranderen concentraties gassen

Vulkaanuitbarstingen

• Uitbarsting voegt hete as toe aan atmosfeer
  - Koolstofdioxide, sulfurdioxide, waterstofsulfide, waterstofchloride
  - Mixen met waterdamp in atmosfeer
  - Komen in oceaan terecht met regen 
• Vulkanen onder water voegen dezelfde gassen toe
  - Belangrijkste bron van chloride in zeewater 

Run-off

• Water vanuit rivieren komt in oceaan terecht
  
• Neemt voedingsstoffen vanuit de bodem mee
  
• Bevat voedingsstoffen, pesticiden, kunstmest, olie
  
• Kan algenbloei veroorzaken

Biomagnificatie

• Stoffen hopen zich op in weefsels organismen
  
• Hoger trofisch niveau hogere concentratie
  

Interactie met atmosfeer

• Hogere concentratie in atmosfeer --> hogere concentratie in oceaan
  
• Mixen door turbulentie (golven en wind), meer turbulentie --> meer opname gassen in oceaan
  
  

Zeestromen

• Opwelling: koud water uit diepe oceaan komt naar oppervlak, brengt voedingsstoffen mee
  

Concentratie voedingsstoffen in marien ecosysteem

• Voedingsstoffen toegevoegd door vulkaanuitbarstingen, run-off, interactie met de atmosfeer, zeestromen
• Factoren hebben invloed op concentratie gassen in zeewater:
  - Oplosbaarheid: hoe makkelijk het oplost in zeewater. Koolstofdioxide hoogste oplosbaarheid (dus hoogste concentratie), daarna zuurstof en daarna stikstof
  - Temperatuur: koud water kan meer gas vasthouden dan warm water
  - Saliniteit: lage saliniteit kan meer gas vasthouden
  - Aanwezigheid organismen: veranderen concentraties gassen

Dissolved Oxygen (DO)

• Bovenste 100 meter supersaturatie: meer zuurstof aanwezig dan er normaal in zeewater opgelost kan zijn
  - Turbulentie van het water
  - Fotosynthese producenten 
• Oxygen minimum layer rond 500 meter
  - Veel verbranding, geen fotosynthese
• Dieper weer meer zuurstof
  - Weinig voedsel dus weinig verbranding
  - Oplosbaarheid zuurstof neemt toe met lage temperatuur en hoge druk 

Saliniteit

• Totale opgeloste vaste stoffen
  - Vastgestelde hoeveelheid water verdampen en de vaste stoffen die overblijven wegen
  - Electrische geleiding: Hoe meer opgeloste zouten, hoe beter de geleiding 
• Parts per thousand (ppt of ‰)
  - Gemiddeld 35 ppt  
• Neerslag en verdamping

Verdamping en saliniteit

• Variatie in saliniteit
  
• Rivieren, neerslag en smeltwater gletsjers lagere saliniteit
  
• Verdamping hogere saliniteit, hypersaline wateren
  

Voedingsstoffen verdwijnen

• Assimilatie door producenten
  
• Mariene sneeuw
  - Organisch materiaal dat naar de bodem ‘sneeuwt’
  - Ontlasting, dode organismen 
• Opgenomen door koraalriffen
  - Leggen calciumcarbonaat vast en nemen voedingsstoffen op 
• Oogsten
  - Mensen verwijderen organismen uit de oceaan 

Koolstofcyclus

• Basis van organische materialen: glucose, vetten, eiwitten, DNA
  
• Gefixeerd door fotosynthese
  
• Komt vrij door verbranding
  
• CO2 lost op in zeewater en vormt waterstofcarbonaat (HCO3-) en H+

Stikstofcyclus

• Nodig voor aminozuren (basis van eiwitten) en DNA 
  
• Weinig organismen kunnen stikstof uit atmosfeer opnemen
• Diazotrofen kunnen stikstof omzetten naar ammonia, wordt in water omgezet naar ammonium 
  
• Veel organismen kunnen ook nitriet en nitraat opnemen 

Fosfor cyclus

• Nodig voor DNA en botten
  
• Vooral afkomstig uit gesteenten, bindt zich aan bodemdeeltjes
  
• Ook aanwezig in kunstmest
  
• Afgebroken door reducenten of via mariene sneeuw terug naar het sediment
  

Magnesium cyclus

• Producenten hebben dit nodig om chlorofyl te maken
  
• Zit in gesteenten en komt in oceaan door erosie en verwering
  
• Aanwezig in kunstmest, dus ook via run-off
  
• Wordt weer vastgelegd in sediment
  

Calcium cyclus

• Nodig voor bouwen van botten, koralen en tanden
  
• Regen gemengd met CO2 vormt carbonzuur, dat bindt aan calcium in gesteenten om calcium-waterstofcarbonaat te vormen
  
• Phytoplankton gebruikt dit om schelpen te maken
  , bescherming tegen roofdieren en verandering saliniteit
• CO2 geproduceert bij vastleggen calcium in schelpen, dit versnelt fotosynthese
• Worden uiteindelijk weer deel van het sediment 

Practicum

• Het effect van toegevoegde voedingsstoffen in oppervlaktewater 
  
• 2 bakken met toegevoegd kunstmest, 2 bakken zonder 
  
• 8 groepjes (2-3 personen) 
  
• Elk groepje doet per week een meting, 4 groepjes meten bak zonder kunstmest, 4 groepjes meten bak met kunstmest
  - Nitraat (stikstof), fosfaat, pH, zuurstof 
• 3 weken metingen bijhouden 

Werkcollege

• Vorm groepje, kies metingen (pH/O2/fosfaat/nitraat, met/zonder kunstmest), eerste metingen doen
• Kiezen uit de case studies: 'Het belang van zalm voor de groei van bomen' OF 'Dumpen van rioolwater New York' - laten aftekenen
• PO: Voorkeur chemische samenstelling zeewater (saliniteit, temperatuur, enz)