Phosphor in den Sedimenten der brasilianischen Mangroven- und Schelfgebiete zwischen 15°S und 20°S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dissertation zur Erlangung des

Doktorgrades der Naturwissenschaften im

Fachbereich Geowissenschaften der

Universität Hamburg

 

 

 

 

vorlegt von

Ieda Maria Oliveira da Silveira

aus

Rio Grande/RS - Brasilien

 

 

 

 

Hamburg

1999

 

 

 

Als Dissertation angenommen vom Fachbereich Geowissenschaften

der Universität Hamburg

auf Grund der Gutachten von Prof. Dr. V. Ittekkot

und Dr. B. Gaye

 

 

 

Hamburg, den 01.12.1999

 

 

 

Prof. Dr. U. Bismayer

Dekan

des Fachbereichs Geowissenschaften

 

 

INHALTSVERZEICHNIS

 

 

Tabellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Verzeichnis der Abkürzungen

Danksagung

1. Einleitung

1.1. Phosphor im Meer

1.2. Ziele

2. Das Arbeitsgebiet

2.1. Klima

2.2. Ozeanographie

2.3. Eintrag vom Land: Flüsse

2.4. Mangrovenwäldern

2.5. Der Schelf und die Schelfsedimente

3. Material und Methode

3.1. Probennahme

3.2. Chemische Analysen

3.2.1. Die Methode

3.2.2. Arbeitsschritte

3.2.2.1. Fraktion 1

Austauchbarer oder leicht adsorbierter Phosphor

Fe-gebundener Phosphor

Authigener Apatit + CaCO3-gebundener P + biogener Apatit

3.2.2.2. Fraktion 2

3.2.2.3. Fraktion 3

3.2.2.4. Phosphoranalyse

3.3. Statistische Analysen

4. Ergebnisse

4.1. Oberflächensedimente

4.1.1. Mangrovensedimente

4.1.1.1. Gesamtphosphor

4.1.1.2. Adsorbierter Phosphor

4.1.1.3. Eisen-gebundener Phosphor

4.1.1.4. Authigener Apatit

4.1.1.5. Detritischer Apatit

4.1.1.6. Organischer Phosphor

4.1.2. Schelfsedimente

4.1.2.1. Gesamtphosphor

4.1.2.2. Adsorbierter Phosphor

4.1.2.3. Eisen-gebundener Phosphor

4.1.2.4. Authigener Apatit

4.1.2.5. Detritischer Apatit

4.1.2.6. Organischer Phosphor

4.2. Vergleich zwischen Mangroven- und Schelfgebieten

4.2.1. Gesamtphosphor

4.2.2. Adsorbierter Phosphor

4.2.3. Eisen-gebundener Phosphor

4.2.4. Authigener Apatit

4.2.5. Detritischer Apatit

4.2.6. Organischer Phosphor

4.2.7. Verteilung der Phosphorformen

4.2.8. Veränderung mit der Tiefe

4.3.C:N:P-Verhältnisse

4.3.1. C:P-Verhältnisse

4.3.2. N:P-Verhältnisse

4.3.3. C:N-Verhältnisse

4.3.4. Variabilität mit der Sedimenttiefe

5. Diskussion

5.1. Phosphor in den Oberflächensedimenten

5.2. Vergleich zwischen Mangroven- und Schelfgebieten

5.3. Regionale Verteilung

5.4. Der Doce

5.5. Vergleich mit anderen Regionen

5.6. Die C:N:P-Verhältnisse

6. Zusammenfassung

7. Literaturverzeichnis

8. Anhang

8.1. Anhang I: Konzentrationen der Phosphorformen bzw. des Gesamtphosphors in den Schelf- und Mangrovenproben

8.2. Anhang II: Verteilung der fünf Phosphorformen in den Schelf- und Mangrovenproben

8.3. Anhang III: C:N:P-Verhältnisse in Schelf- und Mangrovenproben

 

 

 

TABELLENVERZEICHNIS

 

 

Tabelle 01: Phosphoraustausch zwischen Mangroven und verschiedenen Küstengebiete

Tabelle 02: Stationsbeschreibung

Tabelle 03: Statistik der Oberflächenmeeresproben

Tabelle 04: Gesamt-P in den verschiedenen Mangroven- und Schelfgebieten

Tabelle 05: Adsorbierter P in den verschiedenen Mangroven- und Schelfgebieten

Tabelle 06: Eisen-P in den verschiedenen Mangroven- und Schelfgebieten

Tabelle 07: Authigener Apatit in der verschiedenen Gebiete

Tabelle 08: Detritischer Apatit in den verschiedenen Mangroven- und Schelfgebieten

Tabelle 09: Organischer P in den verschiedenen Mangroven- und Schelfgebieten

Tabelle 10: Statistik der Oberflächenschelfsedimente

Tabelle 11: Die Gruppen der Schelfsedimente, nach dem Einfluß von Mangroven und Flüssen

Tabelle 12: Statistik der Mangrovensedimente

Tabelle 13: Statistik der Schelfsedimente

Tabelle 14: Vergleich der C:N:P-Verhältnisse (Gew-%) für verschiedene Regionen und unterschiedliche organische Materialien

Tabelle 15: Korrelationen zwischen den Variablen in den Mangrovensedimenten

Tabelle 16: Korrelationen zwischen den Variablen in Schelfsedimenten

Tabelle 17: Korrelationen zwischen den Variablen der Schelfsedimente

Tabelle 18: Korrelationen zwischen den Variablen der Mangrovensedimente

Tabelle 19: Vergleich zwischen anorganischem, organischem und Gesamt-P in Sedimenten verschiedener Regionen

Tabelle 20: Vergleich der einzelnen Phosphorformen in verschiedenen Regionen

 

 

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

 

 

Abbildung 01: Globaler Phosphorzyklus

Abbildung 02: Mariner Phosphorzyklus

Abbildung 03: Das Arbeitsgebiet

Abbildung 04: Karte des Arbeitsgebietes mit Tiefe

Abbildung 05: Karte des Arbeitsgebietes mit Probennahmepunkten

Abbildung 06: Extraktionsmethode

Abbildung 07: Gesamt-P in Oberflächensedimenten der Mangrovengebiete

Abbildung 08: Adsorbierter P in Oberflächensedimenten der Mangrovengebiete

Abbildung 09: Eisen-P in Oberflächensedimenten der Mangrovengebiete

Abbildung 10: Authigener Apatit in Oberflächensedimenten der Mangrovengebiete

Abbildung 11: Detritischer Apatit in Oberflächensedimenten der Mangrovengebiete

Abbildung 12: Organischer P in Oberflächensedimenten der Mangrovengebiete

Abbildung 13: Gesamt-P in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 14: Adsorbierter P in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 15: Eisen-P in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 16: Authigener Apatit in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 17: Detritischer Apatit in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 18: Organischer P in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 19: Mittelwerte der verschiedenen Phosphorformkonzentrationen in jedem Gebiet

Abbildung 20: Verteilung der fünf Phosphorformen in Canavieiras

Abbildung 21: Verteilung der fünf Phosphorformen in Cabrália

Abbildung 22: Verteilung der fünf Phosphorformen in Caravelas

Abbildung 23: Verteilung der fünf Phosphorformen in Conceiç ão da Barra

Abbildung 24: Verteilung der fünf Phosphorformen im Doce-Gebiet

Abbildung 25: Phosphorkonzentrationen an der Station 8

Abbildung 26: Phosphorkonzentrationen an der Station 12

Abbildung 27: Phosphorkonzentrationen an der Station 16

Abbildung 28: Phosphorkonzentrationen an der Station 24

Abbildung 29: Phosphorkonzentrationen an der Station 26

Abbildung 30: Phosphorkonzentrationen an der Station 29

Abbildung 31: C:P-Verhältnisse in Oberflächengebieten des Schelfs

Abbildung 32: C:P-Verhältnisse in Oberflächenproben der Mangroven

Abbildung 33: N:P-Verhältnisse in Oberflächenproben des Schelfs

Abbildung 34: N:P-Verhältnisse in Oberflächenproben der Mangroven

Abbildung 35: C:N-Verhältnisse in Oberflächenproben des Schelfs

Abbildung 36: C:N-Verhältnisse in Oberflächenproben der Mangroven

Abbildung 37: C:P-, N:P- und C:N-Verhältnisse an der Station 9

Abbildung 38: C:P-, N:P- und C:N-Verhältnisse an der Station 29

Abbildung 39: C:P-, N:P- und C:N-Verhältnisse in Caravelas

Abbildung 40: Mittelwerte und Standardfehler für adsorbierten Phosphor in Schelf- und Mangrovengebieten

Abbildung 41: Mittelwerte und Standardfehler für Eisen-P in Schelf- und Mangrovensedimenten

Abbildung 42: Mittelwerte und Standardfehler für authigenen Apatit in Schelf- und Mangrovensedimenten

Abbildung 43: Mittelwerte und Standardfehler für detritischen Apatit in Schelf- und Mangrovensedimenten

Abbildung 44: Mittelwerte und Standardfehler für organischen Phosphor in Schelf- und Mangrovensedimenten

Abbildung 45: Mittelwerte und Standardfehler für Gesamt-P in Schelf- und Mangrovensedimenten

Abbildung 46: Konzentrationen des Gesamt-P in Oberflächensedimenten des Schelfs

Abbildung 47: Konzentrationen der Phosphorformen

Abbildung 48: Mittelwerte und Standardfehler für C:P-Verhältnis in Schelf- und Mangrovenproben

Abbildung 49: Mittelwerte und Standardfehler für C:N-Verhältnis in Schelf- und Mangrovenproben

Abbildung 50: Mittelwerte und Standardfehler für N:P-Verhältnis in Schelf- und Mangrovenproben

 

 

 

VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN UND MASSEINHEITEN

 

 

ads. P: adsorbierter Phosphor

Al-P: Aluminium-gebundener Phosphor

auth.: authigen

Ca-P: Kalzium-gebundener Phosphor

Corg: organischer Kohlenstoff

detr.: detritisch

Eisen-P: Eisen-gebundener Phosphor

Fe-P: Eisen-gebundener Phosphor

Gesamt-P: Gesamtphosphor

Gew. %: Gewichtsprozent ha-1Tag-1: Gramm pro Hektar und Tag

MG: Mangrove

org.: organisch

Pa-Ap: authigener Apatit

Pads: adsorbierter Phosphor

Pd-Ap: detritischer Apatit

PFe: Eisen-gebundener Phosphor

Pges: Gesamtphosphor

Porg: organischer Phosphor

SCH: Schelf

µg/g: Mikrogram pro Gramm

µg PO4/g Sed.: Mikrogramm von Phosphat pro Gramm Sedimente

 

 

DANKSAGUNG

 

 

Diese Arbeit wurde im Rahmen eines deutsch-brasilianischen Gemeinschaftsprojekts durchgeführt und ich möchte mich bei all denen bedanken, die mich bei ihrer Erstellung unterstützt haben.

Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) von Brasilien unterstützen, dafür möchte ich mich hier bedanken. Ich bedanke mich ebenfalls für die Unterstützung des Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) während des Sprachkurses.

Ich bedanke mich bei Prof. Venugopalan Ittekkot für seine Unterstützung während der Durchführung dieser Arbeit.

Ich bedanke mich bei Dr. Sambasiva Rao Patchineelam und Dr. Bastiaan Adriaan Knoppers, die geholfen haben, alles am Anfang in Gang zu setzen.

Herzlicher Dank an Kapitän Klaassen und seine Mannschaft für ihre Unterstützung auf See.

Ich danke Dr. Carlos Eduardo Veiga de Carvalho, Matthias Hübner, Dr. Tim Jennerjahn, Dr. Álvaro Ramon Coelho Ovalle, Dr. Carlos Eduardo de Rezende, Michael Rieger und Dr. Andreas Suthhof für die Zusammenarbeit während der Fahrt mit FS Victor Hensen. Zusätzlicher Dank an Dr. Ovalle und Dr. Rezende, die die Mangrovengebiete beprobt und mir die Proben zur Verfügung gestellt haben.

Ein besonderer Dank geht an Dr. Andreas Suthhof, der sich in einigen Angelegenheiten um mich gekümmert hat, bevor ich in Hamburg angekommen bin.

Großer Dank geht an die Personen in der Grabenstraße, die sich bemüht haben, mir hin und wieder zu helfen. In der Hoffnung, niemanden zu vergessen, möchte ich sie gern nennen: Dr. Andreas Suthhof, Arno Cremer, Christian Gerbich, Daniela Unger, Dirk Wittkuhn, Holger Breul, Jörg Tiemann, Kirsten Neumann, Larissa Dsikowitzky, Dr. Martin Wiesner, Dr. Petra Schäfer, Dr. Stephan Reschke, Dr. Tim Jennerjahn, Vanessa von Wersch und Dr. Yubo Wang. So schrecklich mir der Name der Straße am Anfang erschien, werde ich die Grabenstraße immer in schöner Erinnerung behalten als ein fast perfekter Platz, trotz der ewigen Straßenbauarbeiten der Hansestadt.

Ich danke den Freunde, die außerhalb Deutschland leben, Dr. Bastiaan Knoppers, Josefa Varela Guerra, Leo Lynce Valle de Lacerda, Dr. Maria Eulália Rocha Carneiro, Dr. Patrícia Turcq, Dr. Ramon Ovalle, und Dr. Sônia Lopes Rezende de Melo, die mir einige Ratschläge gaben.

Daniela Unger hat sehr geholfen, damit die Dissertation für andere Leute verständlich wurde. Sie und Dr. Birgit Gaye haben auch die letzte Version korrigiert. An beiden meinen besten Danken. Ich danke auch Frau Jennerjahn, die alles noch einmal korrigiert hat.

An Dr. Ana Insfran, Maria Luiza Passos Soares und Dr. Paulo Ricardo Schwingel, die das Leben im Deutschland leichter gemacht haben.

An meine Familie für die bedingungslose Unterstützung.

An allen Freunden für die Freundschaft, die das wichtigste ist und immer so bleiben wird.