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3 Das Okosystemmodell ECOHAM2
3.1 Modellbeschreibung
ECOHAM2 beschreibt die biologisch-chemischen Stoffumsätze von Kohlenstoff,
Stickstoff und Sauerstoff in einem drei-dimensionalen physikalischen Feld. Es handelt
sich dabei um ein ökologisches Modell, das am Institut für Meereskunde (IfM) der Uni
Hamburg entwickelt wurde. Es entstand aus dem CN3-Modell (Patsch et al., 2002), das
für den Nordatlantik entwickelt wurde, und basiert auf dem N-Modell von Kühn und
Radach (1997), erweitert um den Kohlenstoff-Kreislauf. Durch Hinzufügen eines
Sediment-Moduls in Anlehnung an ECOHAM1 (Moll, 1998; Wei et al, 2004) wurde
das Modell unter der Bezeichnung ECOHAM2 anwendbar auf die Nordsee (bzw. den
Nordwesteuropäischen Schelf). Pätsch et al. (2002) und Moll et al. (2003b) geben eine
detaillierte Beschreibung des Modells, die im Folgenden zusammengefasst wird.
Der Kohlenstoffkreislauf
Abb. 3.9 zeigt das Interaktionsdiagramm für den Kohlenstoffkreislauf, das die
schematische Darstellung der Verknüpfung der Zustandvariablen über die beteiligten
Prozesse abbildet. Die Zustandsvariablen werden im Diagramm durch Kreise
repräsentiert. Die beteiligten Prozesse sind durch nummerierte Pfeile gekennzeichnet.
Die Kohlenstoffverbindungen CO2, CO3", HCO3' sind in einer Zustandsvariable für
gelösten anorganischen Kohlenstoff (DIC) zusammengefasst. Dies ist berechtigt, weil
die relativen Verhältnisse der Kohlenstoffverbindungen zueinander einer
Gleichgewichtsrelation entsprechen. D. h. bei Kenntnis der Gesamtmenge des gelösten
anorganischen Kohlenstoffs und der Alkalinität ist der Anteil jeder einzelnen
Kohlenstoffspezies bekannt (Zeebe und Gladrow, 2001).
Kohlenstoff wird in gelöster anorganischer Form (DIC) über den Austausch mit der
Atmosphäre sowie den Eintrag über die Zuflüsse [19, 20] und angrenzenden Seegebiete
eingetragen. Die anorganischen Kohlenstoffverbindungen werden durch die
Photosyntheseaktivität der Primärproduzenten aufgenommen und assimiliert [3]. Auf
diesem Weg erfolgt der Übergang des anorganischen Kohlenstoffs in den organischen
Pool (partikulärer organischer Kohlenstoff POC), der durch alle im Wasser lebenden
Organismen sowie durch tote organische Substanz (Detritus) repräsentiert wird. Zum
größten Teil wird DIC im Zellgewebe der Phytoplankter in Form von Kohlenhydraten,
Fetten und Proteinen eingelagert, ein kleiner Teil wird jedoch gleich wieder durch
Exsudation als gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) an das Wasser abgegeben [6].
Das Phytoplankton wird vom Zooplankton konsumiert [7] oder stirbt ab und sinkt als
Detritus zu Boden [5, 8, 23]. Das abgestorbene Zooplankton zusammen mit dem von
