Restprodukterne fra den anaerobe nedbrydning

FIGUR 16-17. En uforstyrret sedimentkerne udtaget af havbunden i det nordlige Kattegat. Øverst i sedimentet ses en ca. 10 cm tyk oxideret zone. Dernæst ses en sort, reduceret zone, hvor jern har reageret med svovlbrinte og dannet jernsulfid. De dybeste sedimentlag er grå, og her ophobes pyrit og andre restprodukter fra stofomsætningen.

.

FIGUR 16-19 (a). Dyrenes aktivitet i havbunden medfører en meget uensartet fordeling af sort reduceret jernsulfid-holdigt sediment og lyst oxideret jernoxidholdigt sediment. Billede er taget gennem en akvarievæg, hvor gravende børsteorme har omlejret og ventileret et sandet sediment.

.

FIGUR 16-19 (b). Dyrenes aktivitet i havbunden medfører en meget uensartet fordeling af sort reduceret jernsulfid-holdigt sediment og lyst oxideret jernoxidholdigt sediment. Billedet demonstrerer brunlige jernoxidholdige lag omkring iltudskillende rødder fra vadegræs.

.

Den anaerobe nedbrydning danner en række kemisk reducerede forbindelser. Dette er helt parellelt til den aerobe respiration, hvor restforbindelsen er vand.

Ved nitratrespiration dannes der frit kvælstof (N2), som er et meget stabilt molekyle, der uden yderligere reaktioner normalt blot frigives til den ovenliggende vandfase (se dog Kvælstof). Nitratrespiration kaldes også denitrifikation.

De metalrespirerende bakterier udskiller reducerede mangan- og jernioner (Mn2+, Fe2+), der langsomt vil diffundere gennem stadigt mere oxiderede sedimentlag op mod den iltholdige sedimentoverflade. Under denne proces dannes en række forskellige metalkomplekser, og nogle ioner vil binde sig til negativt ladede overflader. Nogle ioner når dog op til de iltholdige lag, hvor de reagerer med ilt, hvorved metaloxiderne gendannes i de allerøverste sedimentlag eller på selve sedimentoverfladen. Visse bakterier kan katalysere denne proces og udnytte den frigivne energi. Disse bakterier er autotrofe og bruger altså en del af den indvundne energi til at binde kuldioxid på samme måde, som de fotosyntetiserende mikroorganismer gør.

Nogle metalioner når helt op i vandsøjlen, før de oxideres. Dette gælder især manganionerne. De dannede manganoxider kan transporteres over lange afstande afhængig af de bundnære strømforhold. Normale kystnære sedimenter indeholder dog langt flere jernoxider end manganoxider, og dermed giver de jernrespirerende bakterier anledning til en relativ stor produktion af reducerede jernioner. Da jernionerne spontant reagerer og reducerer manganoxider, sker manganreduktionen i danske farvande overvejende kemisk og er ikke nødvendigvis knyttet til manganrespirationen. En markant undtagelse er sedimenter fra de dybeste dele af Skagerrak (eksempel 2).

Det vigtigste produkt fra den anaerobe nedbrydning er svovlbrinte fra sulfatrespirationen. Svovlbrinte kendes af de fleste på den karakteristiske lugt af rådne æg. Svovlbrinte er meget giftigt for iltåndende organismer, og selv små mænger kan hurtigt gøre det af med de større dyr i havbunden (se Livet på lavt vand).

Jernoxider i sedimentet reagerer kemisk med den opadstigende svovlbrinte, hvorved der dannes jernsulfid, som farver sedimentet sort. I de dybeste sedimentlag kan jernsulfiderne reagere videre med frit svovl eller svovlbrinte og danne den farveløse pyrit, og her vil sedimentet typisk være gråt.

Tilstedeværelsen af jernoxider hindrer således, at svovlbrinte når de øverste sedimentlag.

Den akkumulerede pulje af reducerede jernsulfider kaldes populært for sedimentets „iltgæld“, der indfries, når jernsulfiderne igen kommer i kontakt med ilt. Under disse omstændigheder oxideres jernsulfiderne så atter til jernoxider og sulfat (eller frit svovl). Dette sker enten, når dyrene henter sediment fra de dybereliggende lag op på overfladen, ved ventilering af nyetablerede gangsystemer med iltholdigt bundvand eller ganske enkelt ved bedre iltforhold i sedimentet. Endelig kan kraftige storme opslemme de øverste sedimentlag, hvorved store mængder af reducerede jernsulfider kan oxideres kemisk i vandet.

Opbruges alle havbundens jernoxider, overskrides sedimentets såkaldte „svovlbrinte-bufferkapacitet“, og svovlbrinten kan frit diffundere op mod sedimentoverfladen. Dyrene i sedimentet vil nu prøve at undslippe; børsteorme forsøger at svømme væk, muslinger stikker deres ånderør højere op i vandfasen for at trække iltrigt vand til sig, mens slangestjerner stiller sig „på tæer“.

Åndingsmidlernes zonering (se figur 16-16) giver anledning til en tilsvarende zonering af de reducerede restprodukter (figur 16-18). Dyrenes aktivitet vil dog ofte resultere i en mere uensartet og mosaikagtig fordeling af restprodukterne i havbunden (figur 16-19).

Boks

FIGUR 16-18. Oxidation af restprodukterne fra den anaerobe omsætning foregår i det meste af det lyse sediment. Det er dog ikke nødvendigvis frit ilt (som anført i figuren), der i første omgang virker som oxidationsmiddel, men typisk en række oxiderede mellemprodukter. Det er balancen mellem produktionen af restforbindelser og deres efterfølgende oxidation, der bestemmer fordelingen i sedimentet. Figuren angiver en typisk fordeling i et kystnært sediment.

.
Figur 16-18.

FIGUR 16-18. Oxidation af restprodukterne fra den anaerobe omsætning foregår i det meste af det lyse sediment. Det er dog ikke nødvendigvis frit ilt (som anført i figuren), der i første omgang virker som oxidationsmiddel, men typisk en række oxiderede mellemprodukter. Det er balancen mellem produktionen af restforbindelser og deres efterfølgende oxidation, der bestemmer fordelingen i sedimentet. Figuren angiver en typisk fordeling i et kystnært sediment. Jørgen Strunge efter Christensen et al., 2002.

Vejviser

Værket Naturen i Danmark i fem bind udkom i årene 2006-2013. Teksten ovenfor er kapitlet Restprodukterne fra den anaerobe nedbrydning.

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig