Ilt- og næringsstoffluxmodel for Århus Bugt og Mariager Fjord

30
ne. Det er umuligt på forhånd at fastlægge, hvor i havbunden de enkelte
processer dominerer, og hvor stor betydning de har for stofomsætningen
eller for den sags skyld på havbundens iltforbrug. For at
opnå den størst mulige frihed og dermed anvendelighed for sediment-flux-modellen
antager vi derfor, at alle processer (R1-R19, Kapitel
1) kan forløbe i alle dybder i havbunden. Om så en proces rent
faktisk også forløber i en bestemt dybde, eller rettere sagt hvor hurtigt
den forløber, afhænger bl.a. af stofkoncentrationerne af de kemiske
forbindelser, der indgår i processen. Det fortæller vi meget mere
om senere i dette kapitel.
I Århus Bugt og Mariager Fjord har vi erfaring for, at langt den overvejende
del af den organiske stofomsætning, der har betydning for
stofudvekslingen mellem bunden og vandsøjlen, foregår i de øverste
20 cm af bunden. Det gælder i øvrigt også for de fleste andre kystnære
sedimenter. Vi begrænser derfor sediment-flux-modellen til ”blot”
at være i stand til at lave beregninger, der vedrører alle betydende
sedimentprocesser i dybdeintervaller 0-20 cm. Med andre ord, udfordringen
ved modeludviklingen bliver at omskrive de kemiske reaktionsligninger
(R1- R19) til matematiske udtryk og kombinere dem
med udtryk for stoftransporten, som gør det muligt at gennemføre
sådanne beregninger.
2.1.1 Modellens lagdeling
For at lave den matematiske beskrivelse af transport og omsætning i
dybdeintervallet 0 til 20 cm forestiller vi os havbunden opdelt i en
hel masse skiver eller lag. Helt præcist består modellen af 105 lag
inklusivt et 0,3 mm tyndt ”vandlag”, der ligger oven på bunden
(Figur 2.1). Dette lag repræsenterer den allernederste del af vandsøjlen,
som vi kalder det diffusive grænselag (engl.: diffusive boundary
layer, DBL). Det diffusive grænselag adskiller sig fra resten af vandsøjlen
ved, at transporten af opløste stoffer domineres af molekylær
diffusion. I princippet kan alle de kemiske processer forløbe i hvert
enkelt af modellens 105 lag. Vi ved, at langt de fleste af sedimentprocesserne
finder sted i havbundens øverste få centimeter, mens både
antallet af processer er færre og proceshastighederne langsommere
længere nede i havbunden. Denne viden udnytter vi til at opløse processernes
dybdefordeling bedst muligt. Det skal forstås på den måde,
at sedimentlagene i modellen ikke alle har samme tykkelse. Øverst i
modellen, hvor mange processer hver for sig dominerer inden for de
øverste få cm, og forholdene altså ændrer sig hurtigt med dybden, er
modellen opbygget af mange tynde lag. Her, tæt ved sedimentoverfladen,
er lagene kun 0,3 mm tykke. Dybere nede i havbunden ændrer
forholdene sig som sagt langsommere, så her er lagene helt op til
7 mm tykke (Figur 2.1).
Ilt- og næringssaltkoncentrationen i bundvandet har afgørende betydning
for de kemiske processer i sedimentet og for næringssaltudvekslingen
mellem havbunden og bundvandet. De målte koncentra-
- +
3tioner
af O , NO , NH og PO indgår derfor som væsentlige input til
2 3 4
4
modellen. Udvekslingen af disse forbindelser mellem bundvandet og
havbunden foregår gennem det diffusive grænselag, som derfor er
med i modellens øverste lag.