Winter 1983

Anfang März zum Zeitpunkt der Probenahme konnten die Verhältnisse am Meeresboden noch als typisch für den Ausgang des winters betrachtet werden.

Die Porenwasserkonzentrationen der Nährsalze Silikat, Ammonium, Nitrat und Phosphat sind in Abb.55 dargestellt. Die Konzentrationsänderungen der Nähr­

salze im überstehenden Wasser des Sedimentkerns zeigt Abb.56. Die Porenwas­

serkonzentrationen bei Versuchsende sind in Abb. 57 bis 59 zu sehen.

Porenw asser. Boknis E c k , 2 0 m , 4.3.1983

Si O .-S i [pmol d m '3] N H «-N [(jrnol d m '3] N 0 3- N [jjmol d m '3] PO<-P [pmol d m '3]

Abb. 55: Porenwasserkonzentrationen der Nährsalze Winter 1983

(s. Text)

Si 0 4-Si

■oE

n h

4-

n

■

E

o

N

0 3

-N

13

E p o4-p

flbb. 56: Na'hrsalzkonzentrationsänderung im überstehenden Wasser des Sedimentkerns Winterexperiment 1983

Boknis Eck 20 m Tiefenstation

(s.Text)

Silikat

Die Porenwassersilikatkonzentrationen nahmen exponentiell mit der Sedi­

menttiefe auf eine Konzentration von 214 ymol dm-3 zu. Dieser Verlauf re­

präsentiert ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Silikatlösung im Sedi­

ment und Diffusion aus dem Sediment. Biogener Opal, die wahrscheinlichste Hauptquelle für gelöstes Silikat, besitzt mit 1000 ymol dm-3 (bei 3*C) eine größere Sättigungskonzentration, als bei Boknis Eck und in anderen Untersu­

chungsgebieten im allgemeinen gefunden wird (HURD 1973). Deshalb werden von WOLLAST (1974) und MACKENZIE et al. (1967) andere silikathaltige Minerale als bestimmend für die Sättigungskonzentration angenommen. Arbeiten von SCHINK et al. (1975) KAMATANI (1982) und TAKAHASHI und HURD (1983) sprechen jedoch gegen eine thermodynamisch kontrollierte Gleichgewichtseinstellung und zeigen eine Abhängigkeit der Silikatkonzentration von der Lösungsge­

schwindigkeit und den verschiedenen Formen biogenen Silikats auf.

Die durchgezogene Linie in Abb.55 stellt einen modellierten Konzentra­

tionsverlauf mit einer Sättigungskonzentration von 214 pmol dm-3 und einer scheinbaren Reaktionskonstanten von 0,01 Tag-1 dar (s.D.III.). Es wurde ei­

ne Silikatfreisetzung von 864 pmol m~2d-1 in das Bodenwasser festgestellt (Abb.56). Im Porenwasser traten während der Versuchsdauer keine Veränderun­

gen auf (Abb.57), was auf einen steady state zwischen Silikatproduktion im Sediment und Transport in die Wassersäule schließen läßt.

S» O« •& 'pmo< dm'3

Abb. 57: Vergleich der Si-Porenwasserkonzentrationen bei der Probenahme und nach Versuchsende

Winterexperiment 1983

Boknis Eck 20 m Tiefenstation

Stickstoff

Die Ammoniumkonzentrationen nahmen vom Bodenwasser in das Sediment mit der Tiefe zu. Die wesentlichen Quellen für NH

4

sind Ammonifikation aus or­

ganischem Material und Exkretion von Organismen (HYLLEBERG und HENRIKSEN 1980; HARRIS 1959). Durch bakterielle Oxidation bei Redoxpotentialen

>200 mV kann es in Nitrit und Nitrat überführt werden (FENCHEL und BLACK­

BURN 1979).

Die Nitratkonzentrationen zeigten mit einer Abnahme von der Wassersäule in das Sediment den umgekehrten Verlauf wie NH

4

. Im Sediment kann NO

3

bei Redoxpotentialen < 200 mV als Elektronenakzeptor für denitrifizierende Bak­

terien beim Abbau organischer Materie dienen und zu N

2

O und N

2

reduziert werden (SHAFFER und RÖNNER 1984; SEITZINGER et al. 1984). Im Bodenwasser (mit einer Rate von 199 ymol trr

2

d-1) und in der obersten Sedimentschicht nahmen die Nitratkonzentrationen im Laufe des Experimentes zu (Abb.58).

Nach BILLEN (1978) findet Nitrifikation nur in geringem Umfang im Pelagial und im wesentlichen im Sediment und an der Sedimentoberfläche statt. Ammo­

nium verschwand aus dem Bodenwasser mit einer Rate von 74 ymol m_

2

d_1. Da

Abb. 58: Vergleich der NO

3

- und NH^-Porenwasserkonzentrationen bei der Probenahme und nach Versuchsende

Winterexperiment 1983

Boknis Eck

zum Zeitpunkt der letzten Probenahme die MH

4

-Konzentration schon auf die Nachweisgrenze zurückgegangen war, ist dieses Probenahmeintervall (mit ge­

stricheltem Konzentrationsverlauf in Abb.56) bei der Flußberechnung nicht berücksichtigt. Insgesamt war eine Stickstofffreisetzung an das überstehen­

de Wasser von 125 pmol rrr

2

d

“1

aufgetreten.

Dieses Experiment zeigt die auch schon von anderen Autoren (BALZER 1978; POLLEHNE 1981) beschriebene Dominanz von Nitrifikation über den Win­

ter. In diesem Versuch mit begrenztem Wasservolumen verschwand die Ammoni­

umkomponente aus dem überstehenden Wasser, in der Wassersäule der westli­

chen Ostsee ist über den Winter ein Rückgang der Ammoniumkonzentrationen zu verzeichnen (v.BODUNGEN 1975; SZWERINSKI 1978).

Phosphat

Die Porenwasserkonzentrationen an der Grenzfläche lagen um eine Größen­

ordnung über den Phosphatkonzentrationen in der Wassersäule und nahmen mit der Sedimenttiefe zu, ohne daß ein Grenzwert sich abzeichnete. Es ist be­

kannt, daß Phosphat Adsorptionsreaktionen im Sediment eingeht und verschie­

dene relativ schwerlösliche Ca- und Fe-Verbindungen bildet (BRAY et al.

1973; BRICKER und TROUP 1975; TESSENOW 1974). BALZER (1978) schloß aus sei­

nen Untersuchungen in der Eckernförder Bucht auf eine Bestimmung der Phos­

phatverteilung durch die Bildung von Eisen (III) hydroxophosphaten an der oxischen Oberfläche. Bei Redoxpotentialerniedrigung erfolgt Reduktion zu Fe(II), das nicht in dem Maße wie Fe (III) schwerlösliche Verbindungen mit Phosphat eingeht (GOTOH und PATRICK 1974). Mit zunehmender Sedimenttiefe und abnehmendem Eh kommt es sowohl aus organischem Material wie aus anorga­

nischen Verbindungen zu Phosphatfreisetzung an das Porenwasser.

während des Nahrsalzflußexperimentes wechselte im überstehenden Wasser des Sedimentkernes Phosphatfreisetzung mit Festlegung. Nach einer anfäng­

lichen Zunahme von 1,4 auf 1,7 pmol dm

-3

nahmen die Bodenwasserkonzentra- tionen auf 0,8 pmol dm

-3

ab, um anschließend auf diesem Niveau zu verblei­

ben, bzw. auf 0,9 geringfügig anzusteigen. Das entsprach insgesamt einer

Festlegung von 11 pmol rrr

2

d

_1

Phosphat. Die Porenwasserkonzentrationen bei

Versuchsende wiesen keine großen Veränderungen seit der Probenahme auf

(Abb.59).

Schwankungen des Phosphatflusses zwischen Freisetzung und Festlegung werden auch von anderen Autoren berichtet (MORTIMER 1971; VINER 1975; POL- LEHNE 1981) und mit kleinräumlichen Schwankungen des Redoxpotentials an der Sedimentoberfläche in Zusammenhang gebracht.

POMEROY et al. (1965) vermuten, daß das Sediment als Puffer für die Einstellung einer bestimmten Phosphatkonzentration von 0,7-0,9 ymol dm

-3

wirkt. Das entspräche der Konzentration, die sich in diesem Experiment im Bodenwasser einstellte.

Abb. 59: Vergleich der PO^-Porenwasserkonzentrationen bei der Probenahme und nach Versuchsende

Winterexperiment 1983

Boknis Eck 20 m Tiefenstation

Sedimenttiele [cm

Tabelle 14; Nährsalzflüsse Winter 1983 Boknis Eck 20 m Tiefenstation

Si 0A-Si Nges> Pq4_P

[ymol m~

2

d~1]________ [pmol m~

2

d~x]___________[pmol m~

2

d~x]

864 125 - 11

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