Meereswissenschaftliche Berichte No 114 2020 - Marine Science Reports No 114 2020
http://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-2020-0114
doi:10.12754/msr-2020-0114
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Hydrographic-hydrochemical assessment of the Baltic Sea 2019

Naumann, Michael; Gräwe, Ulf; Mohrholz, Volker; Kuss, Joachim; Kanwischer, Marion; Feistel, Susanne; Hand, Ines; Waniek, Joanna J.; Schulz-Bull, Detlef E.

Abstract. Die Arbeit beschreibt die hydrographisch-hydrochemischen Bedingungen in der westlichen und zentralen Ostsee im Jahr 2019. Basierend auf den meteorologischen Verhältnissen werden die horizontalen und vertikalen Verteilungsmuster von Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff/ Schwefelwasserstoff und Nährstoffen mit saisonaler Auflösung dargestellt. Für den südlichen Ostseeraum ergab sich im Winter 2018/2019 an der Station Warnemünde für die Lufttemperatur eine Kältesumme von 18,3 Kd. Im Vergleich belegt er damit den 7. Platz unter den wärmsten Wintern seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1948 und wird als sehr mild klassifiziert. Der Sommer 2019 nimmt mit einer Wärmesumme von 283,1 Kd den 24. Platz in der 71jährigen Datenreihe ein und liegt weit unter dem Rekordwert von 2018 (394,5 Kd). Das Langzeitmittel liegt bei 158,6 +/- 68,9 Kd. Die Situation in den Tiefenbecken der Ostsee war weiterhin geprägt durch stagnierende Bedingungen mit ausgedehnten Sauerstoffmangelgebieten. Die baroklinen Einströme des Hitzesommers 2018 drangen bis in die zentrale Ostsee vor und erwärmten das Tiefenwasser am Gotland Tief im Dezember 2018 auf 8,6 °C, weitere Pulse warmen Wassers folgten im Februar, März und April 2019. Die Salzgehalte und Konzentrationen gelösten Sauerstoffs blieben im Bodenwasser im Wesentlichen unverändert. Im Herbst 2018 und Dezember/Januar 2019 wurden durch drei kleinere barotrope Einströme insgesamt 3.3 Gt Salz in die westliche Ostsee importiert. Im Jahresverlauf 2019 folgten weitere vier schwache Einstromereignisse (April, Juni, September, Dezember). Das letzte umfasste 1 Gt Salzimport. Diese Ereignisse beeinflussten das Tiefenwasser im Arkona Becken bis in südliche Bereiche des östlichen Gotland Beckens. Die Bodensalzgehalte in der zentralen Ostsee blieben nach den „Major Baltic Inflows“ im Zeitraum 2014-2016 auf hohem Niveau, so dass die schwächeren Einströme des Jahres 2019 den Meeresboden nicht erreichten und so auch keine Belüftung des Tiefenwassers der zentralen Ostsee bewirkten. Die anoxischen und euxinischen Bedingungen in den Tiefengewässern verschärften sich 2019. Dies bestimmte auch die Nährstoffsituation in den Tiefenwässern des nördlichen und westlichen Gotlandbeckens. In der östlichen Gotlandsee stiegen die Phosphat- und Ammoniumkonzentrationen seit 2017 an. Im Jahr 2019 war der Sauerstoffgehalt in allen Tiefenwasser-Referenztiefen gleich Null. Eine Ausnahme bildete das zwischenzeitlich wieder mit Sauerstoff angereicherte Tiefenwasser der Bornholmsee mit etwa 3 ml/l Sauerstoff im März, was zu einem Jahresdurchschnitt von etwa 1,0 ml/l Sauerstoff führte und somit eine deutlich erhöhte Nitratkonzentration auf 6,8 μmol/l im Jahr 2019, eine relativ niedrige Ammoniumkonzentration von 1,5 μmol/l und eine Phosphatkonzentration von etwa 3,8 μmol/l im Jahresdurchschnitt zeigte. In diesem Report sind die während der Umweltüberwachung im Januar/Februar 2019 ermittelten Konzentrationen chlorinierter und polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (CKW, PAK) in Gebieten des Fehmarnbeltes/Kieler Bucht bis zur Gotlandsee zusammengefasst. Konzentrationen der CKW und U.S. EPA PAK verringern sich vom Bereich der westlichen Ostsee bis zur Gotlandsee, mit der Ausnahme, dass in der Pommerschen Bucht höchste Konzentrationen für CKW und PAK nachgewiesen wurden (ΣPAHsum: 15,000 pg/l, ΣCHCsum: 31.5 pg/l). Für die Gruppe der CKW wurden die höchsten Konzentrationen für HCB (HCBsum: 6 to 8 pg/L) ermittelt, gefolgt von DDT/Metabolite (ΣDDTsum: 3 to 7 (15)pg/L) und den PCBICES (ΣPCBsum: 2 to 9 pg/L); in der Pommerschen Bucht wurden die höchsten CKW-Konzentrationen für DDT/Metabolite ermittelt. Die Daten lassen auf hohe CKW- und PAK-Belastung in den Bereichen Fehmarn Belt/Kiel Bight und der Pommerschen Bucht schließen. Mariner Schiffsverkehr und Flusseinträge von Altlasten aus dem Hinterland über die Oder sind mögliche Ursachen dieser Belastung. Die Bewertung dieser Daten auf Grundlage der UQN der Wasserrahmenrichtlinie zeigt, dass eine schädliche Wirkung auf marine Organismen durch einige der hochmolekularen PAH, insbesondere im Bereich der Pommerschen Bucht, in Betracht gezogen werden muss.

Abstract. The article summarizes the hydrographic-hydrochemical conditions in the western and central Baltic Sea in 2019. Based on the meteorological conditions, the horizontal and vertical distribution of temperature, salinity, oxygen/hydrogen sulphide and nutrients are described on a seasonal scale. For the southern Baltic Sea area, the Warnemünde station recorded in the winter 2018/2019 a “cold sum” of the air temperature of 18.3 Kd leading to a classification of a mild winter season and a ranking as the seventh warmest winter since the beginning of the record in 1948. The summer “heat sum” of 283.1 Kd ranks on the 24th position over the past 71 years and is far below last year’s record of 394.5 Kd. The long-term average is 158.6 +/- 68.9 Kd. The situation in the deep basins of the Baltic Sea was mainly characterized by stagnation and widespread hypoxic to euxinic areas. The baroclinic inflows of the record warm summer 2018 reached the deep-water of the central Baltic Sea. The Gotland Deep showed record high 8.6 °C at the bottom. Additional inflow pulses of warm water arrived in March and April 2019, but salinity values and concentrations of dissolved oxygen stayed mainly unchanged. Three smaller barotropic inflows occurred from autumn 2018 to December /January 2019 and imported 3 Gt of salt into the western Baltic Sea. In the course of the year 2019 another four barotropic inflows of weak intensity occurred (April, June, September, December). The last one imported 1 Gt of salt. These events propagated from the Arkona Basin up to southern parts of the eastern Gotland Basin. The bottom salinity values stayed on the high level caused by the several Major Baltic Inflows in the time span 2014-2016, so that the 2019 events of weak intensity could not ventilate the bottom near water body in the central basins. Anoxic and euxinic conditions in the deep waters intensified in 2019. This determined also the nutrient situation in the deep water of the northern and western Gotland Basin. In the eastern Gotland Sea, phosphate and ammonium concentrations were increasing since 2017. In 2019, oxygen was zero in all deep water reference depths. An exception reflected the intermittently reoxygenated Bornholm Sea deep water with about 3 ml/l oxygen in March, leading to an annual average of about 1.0 ml/l oxygen, thus, showing a clearly increased nitrate concentration to 6.8 μmol/l in 2019, a relatively low ammonium concentration of 1.5 μmol/l, and an annual average phosphate concentration of about 3.8 μmol/l. This report summarizes obtained data for chlorinated and polycyclic aromatic hydrocarbons (CHC, PAH) for Baltic Sea surface water from the January/February 2019 observation in areas of the Kiel Bight/Fehmarn Belt up to the Gotland Sea. Overall, concentrations for CHC and U.S. EPA PAH decrease from areas of the western Baltic Sea to the Gotland Sea with the exception of the Pomeranian Bight. There, highest concentrations for PAH and CHC were observed (ΣPAHsum: 15,000 pg/l, ΣCHCsum: 31.5 pg/l). Among the analysed CHC highest concentrations were observed for HCB (HCBsum: 6 to 8 pg/L) followed by DDT/metabolites (ΣDDTsum: 3 to 7 (15)pg/L) and PCBICES (ΣPCBsum: 2 to 9 pg/L) with the exception that at the Pomeranian Bight concentrations for DDT/metabolites were highest. The data depict high contaminant pressure for the areas Pomeranian Bight and the Kiel Bight/Fehmarn Belt, which indicates higher contaminant sources at these sites. Assessment of the results on the basis of the EQS of the Water Framework Directive shows that concentrations of a number of high molecular weight PAH might be of concern for marine organisms, particularly at the Pomeranian Bight.

Citation

Michael Naumann, Ulf Gräwe, Volker Mohrholz, Joachim Kuss, Marion Kanwischer, Susanne Feistel, Ines Hand, Joanna J. Waniek, Detlef E. Schulz-Bull: Hydrographic-hydrochemical assessment of the Baltic Sea 2019. Meereswiss. Ber., Warnemünde, 114 (2020), doi:10.12754/msr-2020-0114

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