Meereswissenschaftliche Berichte No 11 1995 - Marine Science Reports No 11 1995
http://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-1995-0011
doi:10.12754/msr-1995-0011
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Zeitreihen hydrographischer, chemischer und biologischer Variablen an der Küstenstation Warnemünde (westliche Ostsee)

Spurenmetallkonzentrationen vor der Küste Mecklenburg-Vorpommerns

Kaiser, Wolfgang; Nehring, Dietwart; Breuel, Günter; Wasmund, Norbert; Siegel, Herbert; Witt, Gesine; Kerstand, Eberhard; Sadkowiak, Birgit; Schneider, Bernd; Pohl, Christa

Abstract. Zeitreihen hydrographischer, chemischer und biologischer Variablen an der Küstenstation Warnemünde (westliche Ostsee): Weekly measurements of hydrographic,chemical and biological variables in the surface water have been performed at the Coastal Station Warnemünde (western Baltic Sea) between 1988 and 1994. The station is located about 2 km west of the mouth of the Warnow River. The samples were taken from a sea bridge in a distance of 75 m of the shore line. The depth of the station decreased from about 4.5 m to 2.5 m due to the establishment of wooden breakwaters in the vicinity of Warnemünde between 1990 and 1991. The water temperatures and the salinity identified at the coastal station are representative for a greater sea area in front of Warnemünde. Significant changes of these variables in comparison to the mean conditions were not observed in the period studied. In the season of low biological activity, the nutrient mineralization characterized by maxima of the variables occurred in the succession ammonia (Sep to Jan), phosphate (Nov to Jan), nitrite (Dec to Feb) and nitrate (Dec to Mar). This sequence follows the propagation of the microbial nutrient liberation and mineralization from organic material. The relatively high phosphate concentrations observed at the coastal station in summer are connected with the exchange between water and sediment. In shallow waters, phosphate has therefore no significance as nutrient limiting the primary production. Contrarily, nitrate and nitrite decreased to very low concentrations during this season. The "Gelbstoff" adsorption (440 nm) by humic substances showed the typical values for the western Baltic Sea. Strong fluctuations in front of the Warnemünde mole indicate the changing influence of water from the Warnow River and the Baltic Sea. The low correlation between the measurements at the coastal station and the mole demonstrates the independence of both stations. The "Gelbstoff" adsorption showed no significant seasonality. Weak maxima were observed in February, May and September. The phytoplankton biomass was characterized in its seasonal development by two peaks, in April and August. Strong fluctuations resulting from advective processes overlayed this seasonality. Great seasonal variations were found in the species composition dominated by diatoms and different groups of flagellates. The highest rate of the potential primary production was measured in summer indicating that the nutrients are probably no limiting factors in the coastal area. The chemotrophic and heterotrophic dark assimilation shows weak maxima in summer. Its contribution to the primary production is, on average, below 10 %. In contrast to the offshore areas of Baltic Sea, the chlorophyll concentration shows a significant maximum at the coastal station in summer. The mesozooplankton agreed with the species composition characteristically for the western Baltic Sea. Striking was the great portion of meroplanktic larvae in the nearshore areas. Extreme high abundances of Acartia tonsa were observed in August/September. The establishment of breakwaters performed in the coastal area of Warnemünde between 1990 and 1991 have probably caused a temporary reduction of the mesozooplankton abundance and a change in the species composition. The winter maxima of the nitrate concentrations and the monthly integrated annual mean values of the chlorophyll a and the phytoplankton carbon concentrations measured at the coastal station between 1988 and 1994 produced positive trends indicating eutrophication. The phosphate concentrations influenced by the exchange with the sediment yield no significant long-term variations. Seasonal variations observed in the concentrations of the dissolved total carbohydrates at the coastal station seem to be related with exudations by phytoplankton and its decomposition. The urea concentrations correlated roughly with the phytoplankton development. The distribution of petroleum hydrocarbons was characterized by a weak seasonality with higher concentrations in winter and lower concentrations in summer. The seasonality was more pronounced near the mole of Warnemünde as at the coastal station. Particulate matter resuspended by strong or stormy winds caused increasing petroleum hydrocarbon concentrations at the coastal station.

Abstract. Zeitreihen hydrographischer, chemischer und biologischer Variablen an der Küstenstation Warnemünde (westliche Ostsee): Wöchentliche Messungen hydrographischer, chemischer und biologischer Variablen wurden im Oberflächenwasser an der Küstenstation Warnemünde (westliche Ostsee) von 1988 bis 1994 durchgeführt. Die Station liegt etwa 2 km westlich der Warnowmündung. Die Proben wurden in etwa 75 m Küstenentfernung von einem Steg aus entnommen. Durch die Errichtung von Holzbuhnen in den Jahren 1990 bis 1991 nahm die Wassertiefe der Station von 4,5 m auf 2,5 m ab. Die im Oberflächenwasser der Küstenstation ermittelte Temperatur- und Salzgehaltsverteilung ist sowohl hinsichtlich des Jahresganges als auch der Variationen für ein größeres Seegebiet repräsentativ. Signifikante Veränderungen der Wassertemperatur und des Salzgehalts im Vergleich zu den mittleren Bedingungen traten während des Beobachtungszeitraumes nicht auf. Die Remineralisierung von organischer Substanz, die in der Jahreszeit geringer biologischer Aktivität zur Ausbildung von Nährstoffmaxima führt, ergab die Reihenfolge Ammonium (Sep. bis Jan.), Phosphat (Nov. bis Jan.), Nitrit (Dez. bis Feb.) und Nitrat (Dez. bis Mär.). Diese Sequenz entspricht dem Verlauf der mikrobiellen Nährsalzfreisetzung und -mineralisierung aus organischem Material. Die relativ hohen Phosphatkonzentrationen, die im Sommer an der Küstenstation beobachtet wurden, hängen mit dem Austausch zwischen Wasser und Sediment zusammen. Phosphat verliert damit im Flachwasserbereich seine Bedeutung als limitierender Algennährstoff. Die Nitrat- und Nitritkonzentrationen sanken dagegen in dieser Jahreszeit auf sehr niedrige Konzentrationen ab. Die Gelbstoffabsorption (440 nm) an der Küstenstation zeigte die für die westliche Ostsee typischen Werte. An der Mole deuten starke Fluktuationen auf den wechselnden Einfluß von Warnow- und Ostseewasser hin. Die geringe Korrelation zwischen den Messungen an der Küstenstation und an der Mole unterstreichen die Unabhängigkeit der beiden Stationen. In der Gelbstoffabsorption ist kein signifikanter Jahresgang zu erkennen. Schwach ausgeprägte Maxima traten im Februar, im Mai und im September auf. Die an der Küstenstation gemessene Phytoplanktonbiomasse zeigte in ihrer saisonalen Entwicklung einen zweigipfligen Verlauf mit Maxima im April und August. Dieser allgemeine Jahresgang wurde überlagert durch starke Fluktuationen, die aus der Advektion unterschiedlicher Wasserkörper resultieren. Die Artenzusammensetzung unterlag starken saisonalen Veränderungen. Es dominierten Kieselalgen und verschiedene Gruppen von Flagellaten. Bei der potentiellen Primärproduktion wurden in den Sommermonaten die höchsten Assimilationsraten gemessen. Die Untersuchungen machen deutlich, daß die Phytoplanktonproduktion im ufernahen Bereich wahrscheinlich zu keiner Jahreszeit nährstofflimitiert ist. Die chemoautotrophe und heterotrophe Assimilation bei Dunkelexposition zeigte im Sommer ein geringes Maximum. Ihr Anteil an der photoautotrophen Produktion ist im Mittel < 10 % . Im Gegensatz zur küstenfernen Ostsee wurden bei den Chlorophyllkonzentrationen an der Küstenstation ein deutliches Sommermaximum beobachtet. Das Mesozooplankton wies die für die westliche Ostsee charakteristischen Arten auf. Auffällig war der durch die Küstennähe bedingte hohe Anteil meroplanktischer Larven. Im August/September konnte eine extrem hohe Abundanz von Acania tonsa beobachtet werden. Die von 1990 bis 1991 im Küstengebiet vor Warnemünde durchgeführten Buhnenbauarbeiten haben vermutlich zu einer Abnahme der Mesozooplanktonabundanz und zeitweise auch zu Änderungen in der Zusammensetzung des Zooplanktons geführt. Die Wintennaxima der Nitratkonzentrationen sowie die monatlich integrierten Jahresmittelwerte des Chlorophyll-a-Gehalts und des Phytoplanktonkohlenstoffgehalts ergaben an der Küstenstation Warnemünde im Zeitraum 1988 bis 1994 positive Trends, die auf Eutrophierung hindeuten. Phosphat, dessen Konzentrationen durch den Austausch mit den Sedimenten beeinflußt werden, zeigte keine signifikanten Veränderungen. Jahreszeitliche Veränderungen der Konzentrationen der gelösten Gesamtkohlenhydrate scheinen in Beziehung mit der Exsudation durch Phytoplanktonzellen sowie deren Zersetzung zu stehen. Die Konzentrationen des Harnstoffs wiesen einen Jahresgang auf, der zur Phytoplanktonentwicklung in lockerer Beziehung steht. Die Konzentrationen der Erdölkohlenwasserstoffe (EKW) waren im Mittel durch eine schwache Saisonalität mit höheren Werten im Winter und niedrigeren im Sommer gekennzeichnet. Dieser Jahresgang war an der Mole stärker ausgeprägt als an der Küstenstation Warnemünde. Partikuläres Material, das bei starken bis stürmischen Winden an der Küstenstation resuspendiert wurde, führte zu einem deutlichen Anstieg der EKW-Konzentrationen.

Abstract. Spurenmetallkonzentrationen vor Küste Mecklenburg-Vorpommerns: The temporal variability and spatial distribution patterns of trace metal concentrations were investigated in the coastal waters of Mecldenburg-Vorpommern. In order to study changes with time, weekly samples were taken for the determination of Cd, Cu and Zn in seawater at the Coastal Station Warnemünde during June 1991 to June 1994. The mean concentrations differed only slightly from those in the Belt Sea and in the Baltic Proper. The individual data showed a considerable between-week variation which in the case of Cu could partly be explained by salinity variations. It is assumed that local discharges and precipitation lead to an inhomogeneous trace metal distribution in the coastal area. This is reflected as a short-term variability at the Coastal Station. A seasonal cycle was observed for the concentrations of Cd. This finding is consistent with other studies which identified Cd as a nutrient-like element. However, it has to be taken into accountthat the Cd minimum always appeared in July/August and did not follow the nutrient depletion during spring. Hence, the removal of Cd from the water column into the sediments occurs mainly at a late stage of the phytoplankton development and is possibly influenced by the abundance of zooplankton. To determine spatial distribution patterns for the concentrations of Cd, Cu and Zn, samples were taken at 45 stations between the mouth of the River Trave and the Oderhaff during 1991 - 1993. The mean concentrations for the entire region did not differ from those in the Belt Sea and the Baltic Proper. However, higher concentrations than in the open Baltic Sea were observed locally and temporarily. The areas concerned were mainly the Wismarer Bucht, the Unterwarnow and the Oderhaff. In addition to the investigations in seawater, trace metal contents of sediments were measured. Areas with an enhanced trace metal contamination could be identified, but differed partly from those with increased concentrations in seawater. Trace metal contents of mussels were also investigated. The regional differences were small and no spatial distribution pattern could be recognized. It is concluded from these investigations that for a coastal monitoring the measurement of trace metals in seawater cannot be replaced by a monitoring of sediments or mussels. Moreover, the strong variability of trace metal concentrations in coastal waters requires a time resolution of approximately one week in order to detect seasonal or long-term changes.

Abstract. Spurenmetallkonzentrationen vor Küste Mecklenburg-Vorpommerns: Es wurden Untersuchungen zur zeitlichen Variabilität und zur räumlichen Verteilung von Spurenmetallkonzentrationen vor der Küste Mecklenburg-Vorpommerns durchgeführt. Zur Ermittlung der zeitlichen Veränderlichkeit wurden von Juni 1991 bis Juni 1994 an der Küstenstation Warnemünde wöchentlich Wasserproben zur Bestimmung der Konzentrationen von Cd, Cu und Zn genommen. Die mittleren Konzentrationen in der Lösungsphase unterschieden sich nur unwesentlich von denen in der Beltsee und in der eigentlichen Ostsee. Die Meßwerte wiesen allerdings eine erhebliche zwischenwöchentliche Variabilität auf, die sich im Falle des Cu teilweise durch die ausgeprägten Salzgehaltsänderungen erklären ließ. Es wird angenommen, daß lokale Einleitungen und Niederschlagsereignisse zu Inhomogenitäten der Spurenmetallverteilung im Küstenbereich führen, die sich an der Küstenstation als Kurzzeitvariabilität äußern. Ein saisonaler Zyklus wurde für die Cd-Konzentrationen beobachtet. Dieser Befund steht im Einklang mit anderen Forschungsarbeiten, die das Cd als Nährsalz-ähnliches Element ausweisen. Bemerkenswert war jedoch, daß das Minimum der Cd-Konzentrationen regelmäßig in den Monaten Juli/August auftrat und nicht einherging mit der Nährstoffverarmung im Frühjahr. Hieraus folgt, daß erst in der Spätphase der Phytoplanktonentwicklung, möglicherweise unter Mitwirkung des Zooplanktons, das Cd in meßbarem Umfang aus der Wassersäule in das Sediment abgeführt wird. Zur Ermittlung räumlicher Verteilungsmuster der Konzentrationen von Cd, Cu und Zn wurden während drei Expeditionen in den Jahren 1991 bis 1993 insgesamt 45 Stationen zwischen der Travemündung und dem Oderhaff beprobt. Die über das gesamte Gebiet gemittelten Werte unterschieden sich nicht von jenen in der Beitsee und der eigentlichen Ostsee. Lokal und zeitlich begrenzt wurden jedoch Konzentrationen beobachtet, die sich signifikant von den Werten in der offenen Ostsee abhoben. Zu den betroffenen Regionen zählten insbesondere die Wismarer Bucht, die Unterwarnow und das Oderhaff. Ergänzend zu den Untersuchungen im Wasser wurden die Gehalte von Cd, Cu und Zn in Sedimenten gemessen. Auch hier zeichneten sich Belastungsschwerpunkte ab, die aber nur bedingt mit denen im Wasser zur Deckung zu bringen waren. Die ebenfalls bestimmten Spurenmetallgehalte in Miesmuscheln wiesen nur geringe saisonale Unterschiede auf, so daß daraus keine Verteilungsmuster hergeleitet werden konnten. Für ein Küstenmonitoring folgt aus den Untersuchungen, daß eine Überwachung der Spurenmetallkonzentrationen im Wasser nicht durch ein Monitoring von Sedimenten oder Miesmuscheln ersetzt werden kann. Die starke Variabilität der Spurenmetallkonzentrationen in den Küstengewässern erfordert jedoch eine zeitliche Auflösung der Messungen in der Größenordnung von einer Woche, um saisonale und Langzeitänderungen erkennen zu können.

Citation

Wolfgang Kaiser, Dietwart Nehring, Günter Breuel, Norbert Wasmund, Herbert Siegel, Gesine Witt, Eberhard Kerstan, Birgit Sadkowiak: Zeitreihen hydrographischer, chemischer und biologischer Variablen an der Küstenstation Warnemünde (westliche Ostsee). Meereswiss. Ber., Warnemünde, 11 (1995), doi:10.12754/msr-1995-0011 Bernd Schneider, Christa Pohl: Spurenmetallkonzentrationen vor Küste Mecklenburg-Vorpommerns. Meereswiss. Ber., Warnemünde, 11 (1995), doi:10.12754/msr-1995-0011

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