https://doi.io-warnemuende.de/10.12754/msr-2021-0119
doi:10.12754/msr-2021-0119
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Hydrographic-hydrochemical assessment of the Baltic Sea 2020
Abstract. Die Arbeit beschreibt die hydrographisch-hydrochemischen Bedingungen in der westlichen und zentralen Ostsee im Jahr 2020. 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 2019/2020 an der Station Warnemünde für die Lufttemperatur eine Kältesumme von 0 Kd. Im Langzeitvergleich setzt er damit einen neuen Rekord als wärmster Winter seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1948 und wird als extrem mild klassifiziert. Der Sommer 2020 nimmt mit einer Wärmesumme von 234,3 Kd den 14. Platz in der 72-jährigen Datenreihe ein und liegt weit unter dem Rekordwert von 2018 (394,5 Kd). Das Langzeitmittel liegt bei 159,7 +/- 75,1 Kd. Die Situation in den Tiefenbecken der Ostsee war weiterhin geprägt durch stagnierende Bedingungen mit ausgedehnten Sauerstoffmangelgebieten. Kleinere Einstromereignisse ereigneten sich im November 2019 sowie Januar und Februar 2020 in der westlichen Ostsee und prägten das Tiefenwasser im Arkona Becken und Bornholm Becken. Ein weiterer schwacher Einstrom folgte Mitte bis Ende Oktober. Anhand der Temperatur und Salinitätsverhältnisse an den Schlüsselstationen Bornholm Tief und Stolper Rinne hat keines dieser Ereignisse die Stolper Schwelle gequert. Das Bodenwasser in der Stolper Rinne blieb mit 9,1 - 9,5 °C im Jahresverlauf deutlich wärmer im Vergleich zur Temperaturentwicklung im Bornholm Becken, das durch die Wintereinströme geprägt war (Jahresmittel 8,4 °C). Das Tiefenwasser im östlichen Gotland Becken war immer noch geprägt von den warmen Einströmen in den Vorjahren und mit Bodenwerten von 7,2 °C deutlich erhöht. Aufgrund der Daten von 9 Referenzstationen wurde ermittelt, dass die Winterkonzentrationen der Nährstoffe Nitrat und Phosphat im Oberflächenwasser der westlichen und zentralen Ostsee 2020 etwas niedriger als im Jahr 2019 lagen. Eine Ausnahme bildete die Mecklenburger Bucht, die eine höhere Nitratkonzentration als in 2019 aufwies. Ein klarer Trend über die letzten Jahre zeichnete sich aber nicht ab. Auffällig war noch das Verhältnis des gelösten anorganischen Stickstoffs und Phosphors im Oberflächenwasser im Winter, das in der Mecklenburger Bucht über 11 und in der westlichen Gotlandsee bei immerhin 8 lag, deutlich höher als in den vergangenen Jahren. Dies könnte die Bedeutung der Cyanobakterien in den Seegebieten etwas zurückgedrängt haben. Die euxinischen Bedingungen im Tiefenwasser der zentralen Ostsee verschärften sich im Jahr 2020 weiter. Dies bestimmte auch die Nährstoffsituation in den Baltischen Tiefs entlang des Talwegs. Im Bornholmtief nahmen die Phosphat und Ammonium Konzentrationen noch leicht ab. Im Gotlandtief, Landsorttief und Karlsötief akkumulierten diese Nährstoffe weiter, sogar bis auf über 5 ?mol/l Phosphat und etwa 20 ?mol/l Ammonium im Gotlandtief in 2020. Eine leichte Erholung zeigte das Fårötief, das in 2020 einen Schub sauerstoffhaltiges Wasser erhielt. Dadurch nahmen die Schwefelwasserstoffkonzentration und die Nährstoffkonzentrationen leicht ab. Unter den herrschenden euxinischen Bedingungen wurde im Tiefenwasser kein Nitrat mehr vorgefunden. Eine Ausnahme bildete das Bornholmtief, das im Jahresmittel noch 0,9 ml/l Sauerstoff und damit auch eine hohe Nitratkonzentration von etwa 8 ?mol/l aufwies. So konnte hier noch kein Ammonium nachgewiesen werden und die Phosphatkonzentration lag mit etwa 3?mol/l in einem normalen Bereich für oxisches Tiefenwasser. In diesem Bericht sind die während des Ostsee-Umweltmonitorings im Januar/Februar 2020 ermittelten Oberflächenwasserkonzentrationen und -sedimentgehalte für chlorierte Kohlenwasserstoffe (CHC) und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (U.S. EPA PAH), sowie Oberflächensedimentgehalte für Organozinnsubstanzen (OT) zusammengefasst. Für alle im Oberflächenwasser untersuchten Schadstoffe zeigt sich ein Konzentrationsgradient von der westlichen Ostsee im Bereich der Kieler Bucht/Fehmarnbelt (?DDTsum: 5,72 pg/L,?PCBICES,SUM: 7,20 pg/L, HCBSUM: 4,90 pg/L, ?PAKSUM: 4660 pg/L) bis zur östlichen Gotlandsee (?DDTsum: 1,96 pg/L, ?PCBICES,SUM: 1,22 pg/L, HCBSUM: 3,43 pg/L, ?PAKSUM:1344 pg/L) mit zudem auffälligen Konzentrationen im Bereich der Pommerschen Bucht(?DDTsum: 13,06 pg/L, ?PCBICES,SUM: 5,15 pg/L, HCBSUM: 9,30 pg/L, ?PAKSUM: 5626 pg/L).Die Daten lassen darauf schließen, dass die Oder eine Quelle für Schadstoffe in der Ostsee ist, besonders für partikulär gebundene. Die höchsten CHC- und PAH-Gehalte im Oberflächensediment wurden für das Arkonabecken nachgewiesen (?DDT: 90,7 ng/g TOC,?PCBICES: 9 1,3 n g/g T OC, H CB: 5,0 n g/g TOC, ?PAH: rd. 37000 ng/g TOC), während höchste Organozinngehalte in der Mecklenburger Bucht detektiert wurden (?OT: 275 ng/g TOC). Die Bewertung der Daten auf Grundlage der UQN der Wasserrahmenrichtlinie zeigt, dass eine schädliche Wirkung auf marine Organismen durch die Konzentrationen des hochmolekularen PAK Benzo(b)fluoranthen für die Bereiche Kieler Bucht/Fehmarnbelt, östliche und westliche Gotlandsee zu erwarten sind. Die Gehalte für Anthracen im Oberflächensediment überstiegen den Grenzwert des HELCOM-Indikators PAH an der Station N1 im Fehmarnbelt. Die Oberflächensedimentgehalte von Tributylzinn überstiegen an allen untersuchten Stationen den Grenzwert des HELCOM-Testindikators TBT and imposex.Die Zeitreihenanalysen der Oberflächenwasserdaten zurückliegend zum Teil bis zum Jahr 2001 zeigen abnehmende Trends der Konzentrationen für PCBICES sowie DDT und seine Metabolite; die der Oberflächensedimentdaten zeigen keine Trends im betrachteten Zeitraum.
Abstract. The article summarizes the hydrographic-hydrochemical conditions in the western and central Baltic Sea in 2020. 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 2019/2020 a “cold sum” of the air temperature of 0 Kd leading to a classification of an extreme mild winter season, setting a new record as warmest winter since the beginning of the time-series in 1948. The summer “heat sum” of 234.3 Kd ranks on the 14th position over the past 72 years and is far below the record of 394.5 Kd during 2018. The long-term average is 159.7 +/- 75.1 Kd. The situation in the deep basins of the Baltic Sea was mainly characterized by stagnation and widespread hypoxic to euxinic areas. In wintertime 2019/2020 three weak inflow phasesoccurred in November, January and February which dominated the situation in the deep water of Arkona Basin and Bornholm Basin. A next weak inflow pulse occurred from mid to end of October. Comparing of temperature and salinity measurements at the key stations Bornholm Deep and Slupsk Channel, none of these events crossed the Slupsk Sill. The deep water temperature in the Slupsk Sill stayed warm between 9.1 to 9.5 °C whereas an annual mean of 8.4 °C was found the Bornholm Deep, which was influenced by colder water of the winterly inflow pulses. The deepwater at the eastern Gotland Basin was still influenced by the warm inflows of previous years and with bottom temperatures of 7.2 °C above average. The winter nutrient concentrations of nitrate and phosphate in surface water in the western and central Baltic Sea were slightly lower in 2020 compared to 2019 according to 9 reference stations. An exception was the Mecklenburg Bight that showed an elevated nitrate concentration in 2020. However, a clear trend over the last years could not be registered. It may be emphasized that the dissolved inorganic nitrogen/phosphorus ratio in winter in surface water was above 11 in the Mecklenburg Bight and almost 8 in the western Gotland Sea, significantly higher compared to recent years. This might have reduced the cyanobacteria abundance in 2020 in these areas. The euxinic conditions in the deep water of the Baltic proper continued to intensify in the year 2020. This determined the nutrient situation in the Baltic Deeps along the Thalweg. In the Bornholm Deep phosphate and nitrate concentrations still slightly declined. The Gotland, Landsort and Karlsö Deeps showed ongoing accumulation, with a maximum in the Gotland Deep of about 5 ?mol/l phosphate and 20 ?mol/l ammonium in 2020. A slight improvement was documented for the Fårö Deep that received some oxygenated water. So hydrogen sulphideconcentration and nutrient accumulation were reduced there. Under the prevailing euxinicconditions nitrate was depleted in deep waters. An exception was the Bornholm Deep, that showed an annual average of 0.9 ml/l oxygen and consequently a high annual average nitrateconcentration of 8 ?mol/l. So, no ammonium could be detected and the phosphateconcentration was determined at 3 ?mol/l, a quite normal value for oxic deep water. This report summarizes surface water concentrations and sediment contents for chlorinatedhydrocarbons (CHC) and polycyclic aromatic hydrocarbons (U.S. EPA PAH), as well as surface sediment contents for organotin substances (OT) which were determined during the Baltic Sea monitoring in January/February 2020. Seawater concentration gradients for the analysed contaminants ranging from the western Baltic Sea in the area of the Kiel Bight/Fehmarn Belt (?DDTsum: 5.72 pg/L, ?PCBICES,SUM: 7.20 pg/L,HCBSUM: 4.90 pg/L, ?PAKSUM: 4660 pg/L) to the eastern Gotland Sea (?DDTsum: 1.96 pg/L,?PCBICES,SUM: 1.22 pg/L, HCBSUM: 3.43 pg/L, ?PAKSUM: 1344 pg/L) with noticeable concentrations in the Pomeranian Bight (?DDTsum: 13.06 pg/L, ?PCBICES,SUM: 5.15 pg/L,HCBSUM: 9.30 pg/L, ?PAKSUM: 5626 pg/L). The data suggest that the Odra River is a source of pollution in the Baltic Sea, especially for particulate contaminants. The highest CHC and PAHlevels in the surface sediment were detected for the Arkona Basin (?DDT: 90.7 ng/g TOC,?PCBICES: 9 1.3 n g/g T OC, H CB: 5 .0 n g/g T OC, ?PAH: a bout 37000 ng/g TOC); while highest organotin levels were detected in the Mecklenburg Bight (?OT: 275 ng/g TOC).The assessment of the data based on the EQS of the Water Framework Directive shows that a harmful effect on marine organisms must be expected from concentrations of the high molecular weight PAH benzo(b)fluoranthene for the Kiel Bight/Fehmarn Belt, eastern and western Gotland Sea areas. Contents for anthracene in surface sediment exceeded the threshold value of the HELCOM indicator PAH at station N1 in the Fehmarn Belt. Surface sediment contents of tributyltin exceeded the threshold value of the HELCOM test indicator TBT and imposex at all sites studied. Time series data for surface water back to year 2001 show decreasing trends for concentrations of PCBICES and DDT and its metabolites. No trends can be observed for surface sediment timeseries data within the studied time period.
Citation
Michael Naumann, Ulf Gräwe, Volker Mohrholz, Joachim Kuss, Marion Kanwischer, Helena Osterholz, Susanne Feistel, Ines Hand, Joanna J. Waniek, Detlef E. Schulz-Bull: Hydrographic-hydrochemical assessment of the Baltic Sea 2020. Meereswiss. Ber.,Warnemünde, 119 (2021), doi:10.12754/msr-2021-0119