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Bericht über die Gewinnung von Korallen-Bohrkernen
für Isotopen-Untersuchungen zur klimatischen Entwicklung der letzten Jahrhunderte
vom 24. Juni - 17. Juli 1984
Bermuda, Bermuda Biological Station for Research
Teilnehmer: Dr. Gerold Wefer
Einleitung
Dipl. Geol. Hannes Grobe Dipl. Geol. Jürgen Pätzold Dipl. Biol. Michael Schweimanns
Im Kalkskelett massiver hermatyper Korallen ist das frühere Klima in Form von Dichteunterschieden und der Verteilung stabiler Isotope gespei~hert. Dichteunterschiede lassen sich sichtbar machen durch Röntgenaufnahmen, in denen die
dichteren - während des Sommers abgelagerten Partien - von den während des Winters gebildeten weniger dichten Lagen unterschieden werden können. Mit Hilfe dieser saisonalen Wachstumsbänder läßt sich die Wachstumsgeschichte der
Korallen rekonstruieren. In der Verteilung stabiler Isotope werden Temperatur- und vermutlich Lichtverhältnisse während des Wachstums der Korallen gespeichert. Während die stabilen Sauerstoff-Isotope zur Rekonstruktion der saisonalen
Temperaturen benutzt werden können, geben die stabilen Kohlenstoff-Isotope wahrscheinlich Hinweise über die Lichtverhältnisse (Wolkenbedeckung) im Jahresgang.
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Mit den auf Bermuda gewonnenen Bohrkernen (Positionen siehe Abb. 1, Tab. 1) soll das Datenmaterial für eine lückenlose Aufzeichnung der Wassertemperaturen und der saisonalen
Wolkenbedeckung während der letzten etwa 300 Jahre geschaffen werden.
Unter Benutzung dendrochrono10gischer Methoden ~011 weiterhin mit den bereits vorliegenden Korallenkernen die Aufstellung einer ISk1erochrono10gie" versucht werden. Falls die Kerne eine klimabedingte charakteristische Jahresabfolge zeigen, die ein Anhangen an ältere Kernabschnitte erlaubt, sind möglicherweise noch längere lückenlose Zeitabschnitte zu erfassen.
Zum Vergleich der in Korallen gespeicherten Klimasignale mit dem atmosphärischen Klima wurden mit Hilfe von David Wirigate
(Naturschutzbeauftragter Bermudas) mehrere Zedern-Stämme gewonnen, die mit ihrem Wachstum etwa die letzten 250 Jahre umfassen. Aus den jährlichen Zuwachsringen soll eine
IMaster-Dendrochrono10gie" für Bermuda erstellt werden.
Für grundlegende Studien des KOhlenstoffisotopeneinbaues in das Korallenskelett in Abhängigkeit von der Lichtintensität
(Symbiontenbeitrag) wurden ferner aus unterschiedlichen Wassertiefen jeweils etwa 10 Jahre alte Exemplare
unterschiedlicher Korallenarten aufgesammelt.
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Zur Bestimmung der isotopischen Zusammensetzung des Meerwassers und zum Vergleich unterschiedlicher Konservierungsmethoden diente die Probennahme des Oberflächenwassers nahe der Bohrpunkte.
Umfangreiche Klimadaten wurden zusammengetragen, um die Klimaabhängigkeit der Isotopenwerte daran zu eichen.
Korallen-Bohrkerne:
Zur Gewinnung der Bohrkerne wurde ein hydraulisch
angetriebenes Unterwasser-Bohrgerät benutzt, das vom SFB 95 der Universität Kiel angeschafft und bereits erfolgreich im März/April 1981 auf den Philippininen eingesetzt worden war.
In Kiel sollen die Kerne in 5 mm dicke Scheiben entlang der Wachstumsrichtung der Korallen gesägt werden, diese geröntgt und an ausgewählten Abschnitten Karbonatkleinstmengen (etwa 12-15 Proben pro Jahresgang) für Isotopenmessungen gebohrt werden. Die Röntgenaufnahmen sind weiterhin Grundlage für eine quantitative densitometrische Auswertung.
Insgesamt wurden 19 Kerne in 8 Korallen in Wassertiefen zwischen 4 und 12 m mit einem Kerngewinn von etwa 21 m gebohrt (Tab. 1, Abb. 1-10). Es wurde versucht, möglichst lange Sektionen mit lebender Oberfläche in Wachstumsrichtung zu gewinnen. Ausserdem wurde eine grosse Diploria strigosa Kolonie (Höhe 68 cm, Durchmesser 160 cm) vor den NE-Breakers in 12 m Wassertiefe gesammelt und in transportfähige Stücke zerteil t (Abb. 11,12)
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Zedern-Stämme:
Die Bermuda-Zeder (Juniperus bermudiana) ist der einzige langsamwachsende, langlebige Baum, der auf der Insel für Baumringuntersuchungen zur Verfügung steht. Die Bestände der Bermuda-Zeder wurden in den Jahren 1948 und 1949 durch
Insektenbefall stark dezimiert. Seitdem steht die Zeder unter Naturschutz. Es konnten insgesamt fünf Scheiben von
Bermuda-Zedern gesammelt werden, davon drei mit bekanntem Füllungsdatum (Tab. 2).
Korallen aus unterschiedlichen Wassertiefen:
Es gibt Hinweise dafür, daß die Kohlenstoff-Isotopen- Verteilung des Kalkskelettes durch die mit Korallen in Symbiose lebenden Zooxanthellen wesentlich beeinflußt wird.
Die AktivitHt der Zooxanthellen wird durch das Lichtangebot gesteuert, das im Jahresgang stark variiert und mit
zunehmender Wassertiefe stark abnimmt. Um den Lichteinfluss auf die Kohlenstoff-Isotopen-Fraktionierung im Kalkskelett abschätzen zu können, wurden jeweils die drei Arten Diploria labyrinthiformis, Montastrea annularis und Montastrea
cavernosa und andere Korallenarten aus 2-4, 4-5, 8-9, 11-12, 15, 19-20, 24 und 30 m Wassertiefe gesammelt (Tab. 4). Von diesen Korallen sollen 5 mm Scheiben zur Sichtbarmachung der saisonalen Wachstumsbänder geröntgt und zwei bis drei
Isotopenjahresgange analysiert werden.
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Isotopenzusammensetzung des Meerwassers:
Um die Isotopenzusammensetzung des Meerwassers zu bestimmen, wurden 23 Proben an drei verschiedenen Lokalitäten (Abb. 1, Tab. 3) nahe den anderen Probenpunkten genommen. Die
Sauerstoff-Isotopenzusammensetzung soll an 11 Proben bestimmt werden, die zum Teil in 20 ml Glasflaschen mit Polyäthylen Schaubverschlüssen, zum Teil mit eingeschliffenen Glasstopfen aufbewahrt werden. Für die Kohlenstoff-Isotopen-
Zusammensetzung der CO~ Komponenten des Wassers wurden zwei verschiedene Probennahmemethoden verwendet. Zum einen wurde dieLCO 2 aus 1 1 Meerwasser im basischen Bereich durch Zugabe von BaCLz quantitativ als BaC03 gefällt und der Niederschlag in 40 ml Flaschen transportiert. Zum anderen wurden 500 ml Flaschen mit kleinem Schraubverschluss ohne Konservierung mit Meerwasser gefüllt. Alle Proben werden dunkel und kühl
gelagert.
Klimadaten:
Aus dem Vergleich der Isotopenwerte und der Dichtewerte der Röntgenaufnahmen mit vorhandenen Klimaregistrierungen soll bestimmt werden, welche und in welcher Weise Klima-Faktoren im Skelett der Korallen gespeichert werden. Zu diesem Zweck wurden alle verfügbaren Zeitreihen von Klimadaten von Bermuda zusammengetragen (Tab. 5, Tab. 6). Es liegen sowohl
jährliche, als auch monatliche und tägliche Werte vor.
Die Abhängigkeit des Korallenwuches von Temperatur und Licht ist bekannt. Die Bildung von besonders dichten
Wachstumsstreifen, die als "Stress-Bänder" bezeichnet werden,
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konnten in Korallen vor Florida während besonders kalter Winter festgestellt werden. Denkbar ist weiterhin, daß katastrophale Ereignisse wie Hurricanes im Skelett von Kora 11 en als liSt ress -Bänderll gespei chert werden. Luftdruck, Niederschläge, Wolkenbedeckung und Sonnenscheindauer können wahrscheinlich als Maß für die Lichtintensität benutzt werden, wenn direkte Messungen nicht vorliegen. Vergleiche haben gezeigt, daß die Lufttemperatur als Näherung für den Temperaturgang des Oberflächenwassers benutzt werden kann.
Mit den uns vorliegenden Klimadaten sollte es möglich sein, die Variationen in Dichte und Wachstum des Kalkskelettes sowie deren Verteilung stabiler Isotope deuten zu können.
Abb. 2
cm
o
20
60
80
00
Montastrea annularis~ 4 m W T~ 29.6. 84 1. Koralle~ North Rock, Bermuda
Kern 1 Kern 2 Kern 3
lebende Obertl. lebende Oberfl.
1-1
CIDIJM.
annularis~=1~M.
annularis '3-1 M annularis1-2~ 2-3
1-3 ~cr<€ 2 -4 3-2
1-4 2-5
1-6 1-5
~,.--1-7
~1-16
2-13
f:=:::l2-14
2-15
3-3
O~O3-4
\)~3-S§
3-6~~~
3-7.
0
0(::)0 03-8 'b2
3-9
D. labyrinth.). 3
Montastrea annu loris, 11 m WT, 3.784 2. Kora lle, NE -Breakers, Berm uda
cm Kern 4
o
lebende OberflächeMontastrea annu!aris
4-1
20 4-2
4 -3
...,~4-4
40 4-5
Diploria 5 trigosa
50 4-7
90
,4-9Abb. 4-
DiRloria labyrinthiformis, 11 m WT, 3.7 84 3. Koralle, NE - Breakers, ; Bermuda
cm Kern 5
c c
.-
o
5-1
~ 5-2
m ~20 5-3 og
~
5-4,
5-5
40 5-6 ~
'\bb. 5
QlRloria laby-rinthiformis
l8 m WT, 4.784 4. KoralleI North Rock
lBermuda
· ·
• n
·
•cm Kern 6
o
20
40
6 -1
6- 3
6-4
6-5
: 60 6-6
6-7 6-8
6-9 ...
80 6- 10 6-11
6- 12~
6-13
U
100 :~~~B
6-16 0
6 - 17 0
Kern7
7 -1
7-2
7-3
7-1..,
7-5
~7-6
10---17-7
~7-8
a . - - - - ,Kern8
8-1
8-2
Kern 9
bb. 6
cm 0
20
40
60
80
100 . ·
Qjgloria labyrinthiformis, 12 m W T, 6. 84
5. Koralle, NE-Breakers, Bermuda
Kern 10 Kern 11
10-1 anD : 11-1 [[I]
10-2~b~
C;)11-2 11-3
11- 5
10- 7
10-80(rP 11 - 8
10- 9 1 11-9
10 -10
<::::>011-10
10-11~11-11 GQ
Q1 0 -12
C=::::::711-122~
lH3~
11-14c::J
Abb. 1: Übersicht Probenpunkte
~ Bermuda Biological Station Position 1 North Rock
Position 2 NE-Breakers
Position 3 North Rock
Position 4 Three Hill Shoals Position 5 NE-Breakers
Position 6 North Rock Position 7 NE-Breakers
5
29.6.84 1. Koralle: BOA 1, BOA 2, BOA 3 2.7.84
3.7.84 5.7.84 6.7.84
13.7.84
14.7.84 4.7.84 11. 7 .84 13.7.84 10.7.84 14.7.84
Große Oiploria strigosa Kolonie (Abb. 11) 2. Koralle: BOA 4
3. Koralle: BOA 5
5. Koralle: BOA 10, BOA 11
6. Koralle: BOA 12, BOA 13, BOA 14, BOA 15 Kleine Korallenkolonien: NR. 124-128
Wasserproben: Nr. 3, 4, 51, 52 7. Koralle: BOA 16, BOA 17, BOA 18 Kleine Korallenkolonien: Nr. 123
Wasserproben: Nr. 9, 10, 11, 12, 55, 56, 102 8. Koralle: BOA 19
4. Koralle: BOA 6, BOA 7, BOA 8, BOA 9 Wasserproben: Nr. 1, 2, 50
Kleine Korallenkolonien: Nr. 105-122
Wasserproben: Nr. 5, 6, 7, 8, 53, 54, 100, 10 Kleine Korallenkolonien: Nr. 139-142
Kleine Korallenkolonien: Nr. 129-138 Kleine Korallenkolonien: Nr. 101-104
Abb. 11: Schematische Darstellung der Zerteilung von Diploria strigosa, NE-Breakers, 12 m WT, 2.7.84
D lebende Koralle
\ \ \ abgestorbene Koralle
1m
Abb. 12: Schematische Darstellung der Zerteilung von Stück Nr. 5 aus Abb. 11
10cm
Oatum Koralle Kern Ort Korallenart WT Kernabschnitte Kerngewinn Nr.
29.06.84 1. Koralle BOA 1 North Rock Montastrea annularis 4 m BOA 1.1 - 1.24 100 cm
"
" BOA 2" "
" " BOA 2.1 2.15 110 cm" .11 BOA .3 11 11
"
11 BOA 3.1 - 3. 9 60 cm03.07.84 2. Koralle BOA 4 NE- Breakers Montastrea annularis 11m BOA 4.1 - 4. 9 90 cm 03.07.84 3. Koralle BOA 5 NE-Breakers Oiploria labyrinthiformis 11m BOA 5.1 - 5. 6 45 cm 04.07.84 4. Koralle BOA 6 North Rock Oiploria labyrinthiformis 8 m BOA 6.1 - 6.17 130 cm
h
.11 11
BOA 7 11 11 11
"
BOA 7.1 - 7.10 75 cm" 11 BOA 8 11 11 11
"
BOA 8.1 - 8. 4 50 cm11 11 BOA 9 11 "
"
11 BOA 9.1 - 9. 3 70 cm05.07.84 5. Koralle BOA 10 NE-Breakers Oiploria labyrinthiformis 12 m BOA 10.1 -10.12 60 cm
" 11 BOA 11 11 11
"
11 BOA 11.1 -11.14 75 cm06.07.84 6. Koralle BOA 12 NE-Breakers Oiploria labyrinthiformis 12 m BOA 12.1 -12. 4 60 cm
11
"
BOA 13 11 ""
" BOA 13.1 -13.16 165 cm11 11 BOA 14 11
" " "
BOA 14.1 -14.29 255 cm11 11 BOA 15 11 11 11 11 BOA 15.1 -15.11 110 cm
13.07.84 7. Koralle BOA 16 NE-Breakers Oiploria labyrinthiformis 11m BOA 16.1 -16.12 90 cm
"
11 BOA 17 " ""
11 BOA 17.1 -17.14 210 cm" "
BOA 18 11 "" "
BOA 18.1 -18.15 230 cm14.07.84 8. Koralle BOA 19 NE-Breakers Montastrea annularis 12 m BOA 19.1 -19.87 465 cm
Tab. 2: Zedern
Nr. des Baumes Fällungsdatum Standort Zustand des Baumes Stammdurchmesser 17 Januar 1983 Paget Marsh lebend und gesund beim Fällen 65 cm
07 Januar 1983 Paget Marsh lebend, teilweise abgestorben 49 cm 14 Januar 1983 Paget Marsh lebend, teilweise abgestorben 51 cm
1 unbekannt 33 cm
2 unbekannt i 38 cm
Tab. 3: Wasserproben für die Bestimmung von stabilen Isotopen
Ort Datum WT Probe fvlenge Aufbewahrung gepl\ Untersuchung
North Rock 04.07.84 8 m 1, 2 0.5 1 ohne Konservierung, 4°C l3
C
" " " 50 20 ml ohne Konservierung, 4°C 18 Wasser
°w
NE-Breakers 06.07.84 12 m 3, 4 40 ml als BaC0
3 aus 1 1 gefällt 13 C
w
"
" " 51, 52 20 ml ohne Konservierung, 4°C 180W Three HilI Shoals 11.07.84 8.5 m 5, 6 0.5 1 ohne Konservierung, 4°C 13
C 13 W
" "
"
7, 8 40 ml als BaC03 aus 1 1 gefällt C18 W
"
""
53, 54 20 ml ohne Konservierung, 4°C"
" "
100, 101 40 ml ohne Konservierung, 4°C, Glasschliff 18 W°
°w
NE-Breakers 13.07.84 11m 9, 10 0.5 1 ohne Konservierung, 4°C ~3C 13 W
" "
"
11, 12 40 ml als Ba C03 aus 1 1 gefällt C
18 W
"
" "
55, 56 20 ml ohne Konservierung, 4°C" "
" l02, 103 40 ml ohne Konservierung, ° 18 W°
4 C, Glasschliff
°w
Tab. 4: Korallenkolonien aus verschiedenen Wassertiefen
2 - 4 m WT, NE-Breakers Bark, 14.07.84
Anzahl BDA-Nr.
Diploria labyrinthiformis (2.5 m) 1 101 Montastrea cavetnosa 3 m) 1 102 Montastrea cavernosa ( 4 m) 2 103, 104
4 - 5 m WT, Three HilI Shoals, 11.07.84
Anzahl BDA-Nr.
Diploria labyrinthiformis 1 105 Diploria strigosa (tot und lebend) 2 106, 107
Montastrea annularis 1 108
Montastrea cavernosa 1 109 ·
~lillepora sp. 1 110
8 - 9 m WT, Three HilI Shoals, 11.07.84
Anzahl BDA-Nr.
Diploria labyrinthiformis 1 111
Montastrea annularis 1 112
Montastred cavernosa 2 113, 114
t~eandrina sp. 2 115, 116
Madractis sp. 4 117, 118, 119, 120
Dichocoenia sp. 1 121
Siderastrea sp. 1 122
11 m WT, NE-Breakers, 13.07.84
Anzahl BDA-Nr.
Montastrea annularis 1 123
Fortsetzung Tab. 4: Kora11enko1onien aus verschiedenen Wassertiefen
12 m WT, NE-Breakers, 06.07.84
Diploria labyrinthiformis Montastrea cavernosa Porites sp.
15 m WT, North Rock, 10.07.84
Diploria labyrinthiformis Montastrea annularis Montastrea cavernosa
Anzahl BDA-Nr.
3
1 1
124, 125, 126 127
128
Anzahl BDA-Nr.
1 1 1
129 130 131
19 - 20 m WT, North Rock, 10.07.84
Diploria labyrinthiformis Montastrea annularis Montastrea cavernosa
24 m WT, North Rock, 10.07.84
Diploria labyrinthiformis Montastrea annularis Montastrea cavernosa
30 m WT, NE-Breakers, 13.07.84
Diploria labyrinthiformis Diploria strJgosa
Montastrea annularis Montastrea cavernosa
Anzahl BDA-Nr.
1 1 1
132 133 134
Anzahl BDA-Nr.
1 1 2
Anzahl 1 1
1 1
135 136 137, 138
BDA-Nr.
139 140 141 142
1850 1900 1950 1980
Jahr I , I
Niederschläge
lufttemperatur
j
Wassertemperatur {
luftdruck
luftfeuchtigkeit
{
{
Sonnenschein, Wolken
Hurricanes
{
2 - 3
- - - - - ... .1-'" ..•.••.. 0."
4 - - - - 5 ... ·.·.·.·.·.·.·.·.·.·L·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.·.· ... .
... ~ .................. ./ ... . 6 9
... ./ .................... .
~---1
2 - - - - 5
7 -13 1 - - - 1 -13 - - - 14
2 - - - - 5
----~---~---~- 10
---...
2 - - - - 5
8 - 1 3
2 1609-.--~---t---____ ~ ____ ___ 12 11
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Cu
Tab. 6: Klimadaten Bermuda
1 Ferry Reach, Bermuda Lufttemperatur Biological Station
2 Summary of Meteorological Observations, St. Georges W.A. Macky
3 Rainfall Bermuda
4 Report of the Department of Agriculture
5 Botanical Gardens, Paget. Summary of Climatological Oata
Wassertemperatur
Luftdruck Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit Sonnenschein Niederschläge Wolkenbedeckung
Niederschläge
Niederschläge
Niederschläge
Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit Luftdruck
Niederschläge
(tägl .) 01.1950-06.1984
(monatl.) 01.1941-12.1946
(monatl.) 06.1954-09.1960 1980
(monatl.) 1926-1939 1951 (j ährl.) 1926-1944
1946 1949 1951 1953 1955-1959 1961-1962
(tägl • ) 10.1960-04.1984
Fortsetzung Tab. 6: Klimadaten Bermuda
6 The Rainfall and Water Supp ly of Bermuda, Berm.
Meteorol. St. No. 1
W.A. Macky
Niederschläge
7 Bermuda Temperatures Lufttemperatur Berm. Meteorol. Office
Techn. Note No. 4 W.A. Macky
8 The Humidity of Luftfeuchtigkeit of the Air in Bermuda
Berm. Meteorol. Office Techn. Note No. 6 W.A. Macky
9 The Rainfall of Bermuda Niederschläge Berm. Meteorol. Office
Techn. Note No. 8 W.A. Macky
10 Pressure at Mean Sea Luftdruck Level at Bermuda
Berm. Meteorol. Office Techn. Note No. 9 W.A. Macky
(j ähr1. ) 1852-1942
(jährl.) 1891-1947
(monatl.) 04.1932-12.1953
(j äh r 1. ) 1852-1956
(monatl.) 11.1836-12.1953
Fortsetz~ng Tab. 6: Klimadaten Bermuda
11 The Surface Wind Hurricanes in Bermuda
Berm. Meteorol. Office Techn. Note No. 7 W.Ä. Macky
12 Beware the Hurricane Hurricanes T. Tucker
13 Royal Gazette
14 Bermuda Biological Station
Hydrostation IISII
o I
I:..at 32 10 N
o I
Lon 64 30 W
Lufttemperatur, max.
Lufttemperatur, mine Luftfeuchtigkeit Wassertemperatur
Wassertemperatur
1932-1953
1609-1982
(wöch.) 01.1978-05.1984
(monatl.) 06.1954-07.1984
c: c:
~ Cl)
rn c:
'-
Abb. 7
cm
0,
20,
40
~ 60
80
100
DiRloria labyrinthiformis, 12 m WT, 6.7. 84 6. Koralle, NE - Breakers, Bermuda · :"
Kern 12
rrrm
12-1 ~ 11111
12-2
Kern 13
rmTI
13-1
r/ //tJ.
13-2
13-3
13-4
13-S~
13-6
13-7
13-8 13-9
~
~
13-10 1
13-11D 13-12«llll
13-13 1111 ~
13-14
13-15-
Kern 14
14-1
~
14-2
14-3.
14-4000~
0<::;:)14-
51
14-6(jJ
14-7~
1L.-8~
14-9~
1L.-10~
14-11'
~
~
14-12111111
14-13
14-14
14-15 14-16
14-17
14-18 14-19
~
...
I'+L~
~
14-29
Kern 15
15-1
15-2
..
15-3
15-7 15-8
15-9 ~~
1S-10~
15-110
Abb. 8
DiRloria tggyrinthiformis, 11 m WT, 13.7 84 7 Koralle, NE- Breakers, Bermuda
cm Kern 16 Kern17
c c
Q) ~ O'l C '-
o
20
40
~ 60
80
100
16-1
16-2
16-3~
16-4 16-5 16-6 16-7 16-8
16-11
16-12~
~
17-8
17-9
17-417-10
17-7
~
Kern 18
18-1
18-2
18-3
18-4
18 -5
~
~
18-5 Forts.
18-6 -V' /
18-7
18-8 t:J
~
18-11
~
18-12 18- 13 8
18-14
018-15 O<J ~\)
b. 10
cm o
20
40
60
80
100
Montastrea annularis, 12 m WT, 14 .. 7.84
.~
8. Koralle, NE- Breakers~ Bermuda
Kern 19
19-1
19-2 19-3
19-40C>
19-5
19-6 a
19-7
0
19-8CJ 19 - 9
c;::::::::;J19-100fß
19-11D
19-12~o
. 19-13~
19-14~
19-15 [?/\
19-16
V19-1700 19-18 fllJ
19-19 ~
l1'
~
19-20C!J
19-210 19-220D
19-23 19- 24 19-25
19-26~
19-27 19-28
19-29
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iploria labyrinthiformis
JNE-Breakers
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Kern 17
Kern 16 Kern 18
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