Meereswissenschaftliche Berichte No 27 1997 - Marine Science Reports No 27 1997
http://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-1997-0027
doi:10.12754/msr-1997-0027
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Die Bedeutung von Partikeln für die Spurenmetallverteilung in der Ostsee, insbesondere unter dem Einfluß sich ändernder Redoxbedingungen in den zentralen Tiefenbecken

Löffler, Annekatrin

Abstract. The results of this paper make the knowledge about the distribution and geochemieal behavior of particulate trace metals in the Baltic Sea water topical. The elements Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Cd, Pb and Co were determined in 86 samples in their particulate and dissolved forms. The relationship between dissolved and particulate trace metals as well as their horizontal and vertical distribution patterns in relation to the hydrographic conditions are described. At the same time the height of the last observed stagnation period of anoxic Baltic deep water is characterised. Additional extensive single particle analyses by electron probe X-ray micro analysis (EPXMA) were realized, because the knowledge of the composition of the particulate material regarding to the main minerals or other kinds of particles enables to interpret changes in distribution and concentration of trace metals. The main saltwater inflow from 1993/94 caused partly extreme changes in the concentration and speciation of trace metals in the central deeps of the Baltic Sea. The very high concentrations of dissolved Mn, Fe and Co under anoxic conditions were still conservated in an intermediate layer in August 1994 in 120m depth, as same as increased concentrations of particulate CU, Cd and Zn. In October 1995 the replacing and mixing processes caused by the seawater inflow were completed. A very important part plays the adsorption of trace metals to authigenic Mn-oxihydroxides, which reached concentrations up to 200 μg dm^-3 of particulate Mn in 1995. This process is geochemical modeled as a surface coplexation for Cd, Cu, Ni, Pb and Zn, considering a significant pH-dependence of the adsorption. The model supplies results about the speciation of these metals in the Gotland deep after the seawater inflow event. The results of field measurements are in good agreement with the model for water depths between 120 and 200 m, even though exclusive surface parameters of the adsorbent and logK values from literature without fitting were used for calculation. These experimental determined parameters are certified by the present results.

Abstract. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen aktualisieren den gegenwärtigen Kenntnisstand zu partikulär gebundenen Spurenmetallen in der Ostsee. In 86 Proben aus der gesamten Ostsee vom Mai 1992 wurden die Elemente Al, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Cd, Pb und Co in ihrer partikulären und gelösten Form bestimmt. Das Verhältnis zwischen gelösten und partikulär gebundenen Spurenmetallen sowie horizontale und vertikale Verteilungsmuster und deren Ursachen werden eingehend beschrieben. Gleichzeitig wird damit der Höhepunkt der zuletzt beobachteten Stagnationsperiode des Tiefenwassers der zentralen Tiefenbecken der Ostsee charakterisiert. Ergänzend wurden umfangreiche Einzelpartikelanalysen mittels Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenmikroanalytik durchgeführt und Zuordnungen zu konkreten Mineralen und anderen Partikelgruppen vorgenommen. Veränderungen in den Verteilungen und Konzentrationen von Spurenmetallen werden häufig erst durch Kenntnis der Zusammensetzung des partikulären Materials hinsichtlich der auftretenden Hauptpartikelarten interpretierbar. Der Salzwassereinbruch von 1993/94 bewirkte teilweise extreme Veränderungen in den Konzentrationen und der Speziierung von Spurenmetallen in den zentralen Tiefenbecken der Ostsee. Die unter anoxischen Bedingungen sehr hohen Konzentrationen an gelöstem Mn, Fe und Co waren im August 1994 nur noch in einer Zwischenschicht angehobenen ehemaligen Tiefenwassers in etwa 120 m Tiefe wiederzufinden, ebenso erhöhte Konzentrationen an partikulärem Cu, Cd un Zn. Im Oktober 1995 waren die mit dem Salzwassereinbruch verbundenen Verdrängungs- und Vermischungsprozesse zur Ruhe gekommen. Eine zentrale Rolle spielt die Adsorption von Spurenmetallen an authigene Mn-Oxihydroxide, die 1995 in Konzentrationen von bis zu 200 μg dm^-3 an partikulärem Mn auftraten. Für Cd, Cu, Ni, Pb und Zn wird dieser Prozeß als Oberflächenkomplexierung geochemisch modelliert. Es besteht eine starke pH-Abhängigkeit der Adsorptionsreaktionen. Die Modellrechnung liefert Aussagen zur Speziierung dieser Spurenmetalle im Gotlandbecken nach dem Salzwassereinbruch. Der gemessene Anteil adsorbierter (partikulär gebundener) Spurenmetalle wird dabei vom Modell für die Wassertiefen 120 bis 200 m sehr gut wiedergegeben, obwohl Oberflächenparameter des Sorbenten und logK-Werte ausschließlich ohne Anpassung aus der Literatur entnommen wurden. Diese von anderen Autoren experimentell ermittelten Parameter werden durch die vorliegende Arbeit validiert.

Citation

Annekatrin Löffler: Die Bedeutung von Partikeln für die Spurenmetallverteilung in der Ostsee, insbesondere unter dem Einfluß sich ändernder Redoxbedingungen in den zentralen Tiefenbecken. Meereswiss. Ber., Warnemünde, 27 (1997), doi:10.12754/msr-1997-0027

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