in situ- und ex situ-Sauerstoffmessungen im Vergleich

An fünf Stationen wurde die Sauerstoff-Tiefenverteilung sowohl in situ als auch ex siru gemessen. Daneben koinzidieren in situ-und ex situ-Stationen in zwei Fällen, so daß die dort erhaltenen Ergebnisse ebenfalls, jedoch unter dem Vorbehalt unterschiedlicher Jahreszeiten, zum Vergleich herangezogen werden können. In Abbildung 6.1 sind die in siru-Profile von vier Stationen den entsprechenden Labormessungen gegenübergestellt.

Während sich die OrKonzentrationen von in situ- und ex siru-Messungen im Bereich der Grenzfläche und damit die Flüsse stark unterscheiden, konvergieren die Profile im weiteren Tiefenverlauf teilweise wieder (Abb.

6.1 a, b, d). Das Verhältnis Fm .,,.,!Fex soiu beträgt zwischen 0.14 und 0.96 (Tab. 6.1), d.h. die aus ex situ-Messungen berechneten Stofflüsse sind dementsprechend bis 7-fach höher als die in situ gemessenen Werten.

0,-Konuntration (µM] O,· Konzentration [µM]

Abbildung 6.1: Vergleich zwischen in situ und ex situ-OrProfilen an den Stationen 37/12 und 20 (Framstraße, a) und c) sowie zwischen Station 36/246 (in situ) und 31/2 (ex situ, 0.7 nm Distanz, b) bzw. Station 37/25 (in

59

Im ~1attel machen die in situ-Aus_-.c -4% des t:'C siru-Wertes aus. wobei die Standardabweic_hung mit 32

%

· · · · h d h F und F ffilt zunehmender

--.: thc 1 , \\'1e bei GLUD et al. ( 1996) nimmt der Untersc 1e Z\\1sc en "'s,tu c, snu .

· · "'tie:e te"i\leruiell zu. Eine lineare Regre. sion durch die mit zunehmender Tiefe abnehmenden Werte fur Fm Fe ergib< die Relauon

FUISIIU

=

0.962 - 3.34 · 10^{4 •}

z

R

=

0.46:

(6.1)

FUSIIU

in der;:: für die Was.·ert1efe steht (Abbildung 6.2).

1.2 ~ - - - . . - - - , auf 25% abgeschätzt. Die Daten von Gu,;o et al. ( 1996) 1.e1gen eine geringere Tiefenabhängigkeit.

Als Ursache für die auftretenden Abweichungen kommen Effekte in Betracht, welche eine Alteration des Sedimentkernes bei der Kernnahme blw. beim Transpor1 durch die Wassersäule bewirken. Möglicherweise wird die Sed1mentoberfläche beim Eindringen des MUC-Rohres während des Kernnahme-Vorgangs so verändert, daß oberflächennahe Konzentrauonsgrad1enten aufgrund einer Kompaktion des Sedimentes in diesem Bereich vergrößert werden. Da die Beschaffenhe11 des am ostgrönländischen Kontinentalhang beprobten Sediments das Eindnngen von MUC bzw. GKG wegen seines te1lwe1se hohen Gehaltes an eistransportiertem Grobmaterial (Dropstones) bzw. Schwammnadelfilzen erschwerte, ist eine derartige Alteration der Sedimentoberfläche nicht auszuschheßen. Derartige Effekte sind schwer systematisch zu erfassen, da sie nicht tiefenabhängig sind. Die deutliche Abhängigkell des Verhältnisses Fon

.,,jF., "'"

von der Wassertiefe läßt einen Druckeffekt jedoch wahrscheinlicher erscheinen. Aus einem pnmär auftretenden Dekompressionseffekt (KELL, 1975) resultieren physikalische und b1olog1sche Sekundäreffekte wie der advektiven Austritt von Porenwasser, relativ zum Sedimentgefüge bzw. einer Sumulat1on der m1krob1ellen Aktivität. Während der erstgenannte Effekt nach GLUD el al. ( 1994) eine nur geringe Vergrößerung der Konzentrationsgradienten bewirken kann, wirkt sich eine Stimulauon der m1Iuob1ellen Aktiv1tat durch die Druckentlastung gravierender auf die Porenwasserprofile von Q₂ und Nitrat aus. Absterben und Lysis barophlier Organismen stellt demnach reaktives organisches Material zur Verfügung, welches w einer erhöhten 02-Zehrung führ1. Daneben bewirkt die Dekompression möglicherweise eine Desorpuon von partikulär gebundenem Ammonium, was sowohl die Nitrifikationsrate als auch die Or Zehrung erhöht (JAHNKE et al.. 1989). Neben den zumeist überbestimmten ex situ-OrFlüssen weist der s-förmige Verlauf em1ger ex s1tu-02-Profile (Abb. 6.3) auf eine durch derartige Effekte verstärkte Zehrung innerhalb der obersten Sed1mentsäule hin GRAF et aL __ ( 1995) begründen eine mögliche Überbestimmung der benthischen Respirauonsrate in Sedimenten des Europaischen Nordmeeres ebenfalls mit Dekompressionseffekten.

Anders als bei GLt.,D. et al ( 1994), deren Arbeitsgebiet im Aquatorialatlantik durch hohe

w

assertemperaturen ch~rakt;ns1e~. ist, spielen Temperatureffekte, die auf der Erwärmung der Kerne während des Transports du~ch die \\ a~sersaule beruhen. angesichts konstant niedriger Wassertemperaturen in unserem

U ntersuchungsgcb1et keine Rolle

O,· Konttntrlllon [JlM) 0,- Konzentmion [)IM)

Abbildung 6.3: Der s-förmige Konzentrationsverlauf einiger ex situ gemessener Sauerstoffprofile weist auf eine verstärkte OrZehrung innerhalb der obersten Sedimentschicht hin. Als Ursache kommt eine erhöhte mikrobielle Aktivität als Reaktion auf Absterben und Lysis barophiler Bakterien und Meyofauna in Betracht (GLUD et al, 1994; HELDER, pers. Korn.).

Im Gegensatz zu den signifikanten Unterschieden in den Oberflächengradienten der OrPorenwasser-Profile deutet das Konvergieren von in situ- und ex situ-Profilen im weiteren Tiefenverlauf darauf hin, daß artifizielle Veränderungen in der ex situ-Konzentrations-Tiefenverteilung vorwiegend an der Sediment-oberfläche auftreten.

Bei den tiefgehend oxischen Sedimenten der untersuchten Region ist eine Verschiebung der Sauerstoffeindringtiefe zu kleineren Werten hin nicht zu beobachten, wie der Vergleich des aus Labor-Nitrat- und Mangan-Profilen abgeleiteten Zn-Wertes mit dem in situ-Meßwert an Station 36/201 zeigt (Abb 6.4). Die Gegenüberstellung von am europäischen Kontinentalhang (Goban Spur) gemessenen in situ- und ex situ-Sauerstoffprofilen weist gleichermaßen darauf hin, daß die artifiziellen Veränderungen im Tiefenverlauf von ex situ-0₂-Profilen vorwiegend an der Sediment/Wasser-Grenzschicht auftreten und damit starke Auswirkungen auf die Bestimmung des diffusiven OrFlusses haben, wohingegen die OrEindringtiefe nicht signifikant verändert wird (HELDER, pers. Korn.). Poren-wasser abgeleitete Sauerstoffeindringtiefe Zn steht in Übereinstimmung mit dem in situ gemessenen Zn-Wert. Die hohe Ammonium-Konzentration an der Sedimentobertläche ist auf die intermediäre NH/-Bildung bei der Nitrifikation zurückzuführen. Über diese Zwischenstufe wird organischer Stickstoff weiter zu No₂· und N0_3.

umgesetzt (SUESS et al., 1980). Der Vergleich des N0_3·- und NH/-Profils verdeutlicht, daß die Bestimmung von Corg·Flüssen aus dem Gradienten der N0₃--Konzentration zu fehlerhaften Ergebnissen führen kann.

Bei den in siw gemessenen Daten ist natürlich nicht mit den oben beschriebenen Effekten zu rechnen.

Besonderes Augenmerk muß bei dieser Methode dagegen auf die Eichung der Elektroden gerichtet werden. Da die Sauerstoffeindringtiefe nur in einem Fall bei der Messung erreicht wurde, muß das Nullsignal (Signal bei [0_2]

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