http://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-1997-0023
doi:10.12754/msr-1997-0023
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Anorganischer Kohlenstoff im Oberflächenwasser der Ostsee
Abstract. This paper presents a detailed analysis of the carbonate system in the surface waters of the Baltic Proper taking into account seasonal and regional variabilities. The analysis is based on two extended data sets recorded during two cruises in summer 1994 and in winter 1995. From the hydrographic point of view, these times represent the extrema of the annual cycles. For the first time the distribution of the partial pressure of CO2 (pCO2) and dissolved inorganic carbon (TCO2) recorded with high spatial resolution during a summer and a winter situation are shown. The inflow of low salinity waters into the Baltic Proper are characterized by TCO2/salinity relationships. The low salinity waters from the Bothnian Sea and the Gulf of Finland reveal lower TCO2 concentrations than observed in the Baltic Proper. On the other side, the inflowing water from the Gulf of Riga is characterized by higher TCO2 concentrations than in the Baltic Proper. The salinity dependend changes of TCO2 are characteristic for the Baltic Sea and are the main difference to the carbonate system of the oceans. There are three processes influencing the the CO2 budget of the Baltic Sea surface waters: the air-sea-exchange of CO2, the new production and remineralisation of organic matter and the changes in salinity. To quantify these processes model calculations are developed with high temporal resolution filling the gaps in the annual cycles of pCO2 and TCO2 between the experimental data. The basic idea of this model is to calculate the seasonal variability of the pCO2 with respect to the carbonate chemistry in the surface waters. Furthermore the seasonal variability of TCO2 is described referring to the three processes. The temporal changes of the new production of organic matter during spring and summer are parameterized on the basis of the oxygen saturation. The remineralisation during autumn and winter is described by the changes in the phosphate concentrations of the surface waters. Finally the CO2 budget is calculated for the surface waters of the Baltic Proper. The annual uptake of CO2 from the atmosphere ammounts to 0.9 molCO2/m²*a and the new production of organic matter is approximately 3 mol C/m²*a. This means, that the Baltic Sea is a significant sink for atmospheric CO2, because 30% of the new production is exported into the deep waters. In oceanic regions normally about 10% of the new production are exported to the deep waters. The high exports of organically fixed CO2 are caused by the permanent halocline of the Baltic Sea. Consequently, also in oceanic regions characterized by a similar halocline like the Arabian Sea or the Black Sea high export rates could be possible. In these large areas the processes quantified in the Baltic Sea can influence the global atmospheric CO2 budget.
Abstract. In der vorliegenden Arbeit erfolgt eine eingehende Analyse des Karbonatsystems im Oberflächenwasser der eigentlichen Ostsee unter saisonalen und regionalen Aspekten basierend auf umfangreichen, im Sommer und im Winter gewonnenen Datensätzen. Diese Zeitpunkte stellen vom hydrographischen Standpunkt aus betrachtet die winterlichen und sommerlichen Eckpunkte eines Jahresgangs dar. Es werden erstmalig räumlich hochaufgelöst die Verteilungsmuster des CO2-Partialdrucks (pCO2) und des Gesamtkarbonatgehalts (TCO2) während einer Sommer- und einer Wintersituation aufgezeigt. Anhand von TCO2/Salzgehaltsbeziehungen werden die Zuströme salzärmeren Wassers in die zentrale Ostsee charakterisiert. Das aus dem Finnischen und Bottnischen Meerbusen einströmende salzarme Wasser weist geringere Gesamtkarbonatgehalte auf, als im Oberflächenwasser der zentralen Ostsee beobachtet werden. Im Gegensatz dazu ist das aus der Rigaer Bucht einströmende Wasser durch höhere TCO2-Konzentrationen geprägt. Die salzgehaltsabhängigen TCO2-Änderungen und deren regional unterschiedliche Auswirkungen auf den CO2-Haushalt sind charakteristisch für die Ostsee und stellen den wesentlichen Unterschied zum Karbonatsystem der Ozeane dar. Der CO2-Austausch zwischen Atmosphäre und Meeresoberfläche sowie die neue Produktion und Remineralisierung organischen Materials sind neben den salzgehaltsabhängigen Prozessen bestimmend für den Kohlenstoffhaushalt des Oberflächenwassers der eigentlichen Ostsee. Zur Quantifizierung dieser Prozesse werden Modellrechnungen entwickelt, die die Jahresgänge der beiden Größen pCO2 und TCO2 zwischen den Meßzeitpunkten zeitlich hochaufgelöst interpolieren. Kerngedanke der Modellrechnungen ist es, die saisonalen Veränderlichkeiten des pCO2 auf der Grundlage des Karbonatsystems und die saisonale Veränderlichkeit des TCO2 im Oberflächenwasser durch die drei obengenannten Prozesse zu berechnen. Dabei erfolgt die Parametrisierung der zeitlichen Verläufe der neuen Produktion organischen Materials im Sommerhalbjahr mit Hilfe der Sauerstoffsättigung und der Remineralisierung im Winterhalbjahr mittels der Zunahme der Phosphatkonzentrationen. Abschließend wird eine CO2-Bilanz für das Oberflächenwasser der eigentlichen Ostsee erstellt. Mit einer jährlichen CO2-Aufnahme von 0.9 mol/m²*a stellt die Ostsee eine ausgeprägte Senke für atmosphärisches CO2 dar, da etwa 30% der mittleren neuen Produktion (3.0 molC/m²*a) aus der euphotischen Schicht exportiert werden. Für ozeanische Gebiete wird angenommen, daß nur etwa 10% der neuen Produktion exportiert werden. Die Ursachen für die hohen Exportraten sind in der haloklinen Sperrschicht in der Ostsee zu suchen. Es kann folglich vermutet werden kann, daß in ozeanischen Gebieten wie der Arabischen See und dem Schwarzen Meer, wo ebenfalls eine Sperrschicht unterhalb der euphotischen Schicht auftritt, ähnlich hohe Exportraten zu beobachten sind. Die in der Ostsee quantifizierten Prozesse können in den flächenmäßig erheblich größeren Gebieten durchaus Einfluß auf die globalen atmosphärischen CO2-Konzentrationen ausüben.
Citation
Helmuth Thomas: Anorganischer Kohlenstoff im Oberflächenwasser der Ostsee. Meereswiss. Ber., Warnemünde, 23 (1997), doi:10.12754/msr-1997-0023