ALBERT

Description / Table of Contents: The Baltic Sea is surrounded by land, thus exchanges with the open ocean only take place through the North Sea. The Baltic Sea is divided into different deep basins connected by narrow sills and channels. Compared to the open ocean and the North Sea the salinity in the Baltic Sea is generally low due to large amounts of fresh water provided by river discharges. Inflowing saline water from the North Sea travels along the bottom and therefore produces a permanent halocline, separating the surface water from the deep water in the basins. Saline and also often oxygen-rich inflows are essential for the deep water renewal in the largest basin of the Baltic Sea, the Eastern Gotland Basin (EGB). These inflows occur only under certain meteorological conditions and thus so-called stagnation periods (periods without inflows) can occur for several years, oxygen depletion can lead to the formation of hydrogen sulfide in the Baltic deep water.

Description / Table of Contents: The year 2011 was the fourth year of a complex biological monitoring in the German exclusive economical zone of the North Sea, conducted by the Leibniz Institute of Baltic Sea Research Warnemünde (IOW) and commissioned and supported by the Federal Maritime and Hydrographic Agency (BSH). Phytoplankton (incl. chlorophyll a) and mesozooplankton were investigated at 12 stations, macrozoobenthos at 13 stations. The plankton was sampled on 5 cruises and the zoobenthos on 2 cruises. The phytoplankton comprised 140 taxa, most of them belonging to the diatoms. The lowest diversity was found in March (60 taxa) and the highest in August/September (95 taxa). The diversity was unusually high (63 taxa) in January 2011. We found 193 phytoplankton taxa in the whole investigation period from 2008 to 2011. The recorded species Cyclotella choctawhatcheeana was probably not reported before in the investigation area. Some hitherto relatively abundant species were not found in 2011, as Thalassiosira pacifica, Proboscia indica, Planktolyngbya limnetica, Coscinodiscus granii and Prorocentrum minimum. The spring bloom 2011 was met only at station DTEND. This became visible from the annual course of chlorophyll concentrations, which were derived from satellite data. The chlorophyll maximum was recorded in August at station ES1 with 7.77 mg/m3. Mesozooplankton analysis led to 139 taxa in 2011 with Arthropoda being the most common group. In January, the calanoids dominated, followed by the cyclopoids. In the summer, the total number of taxa grew in all regions compared to the January situation. The abundance of the "warm water" – cladoceran Penilia avirostris is temperature-dependent and declined currently. The abundance of turbellarian Alaurina composita was also declining. Three specimens of Pseudodiaptomus marinus were collected in November 2011 off Borkum, introduced by ballast water from the Indo-Pacific region. In the macrozoobenthos, 291 taxa were found in spring and autumn 2011 at 13 stations. The species number varied from 25 (AMRU2-spring) to 113 (ENTE3-autumn) in the samples. With 153 species (both campaigns added) the station in the central North Sea (ENTE3) was most diverse. The species richness was always higher in autumn than in spring. The ash free dry weight at stations ranged from 1.3 g/m² in spring to 111.5 g/m² in autumn, both values from station ENTE3. The very high value was cause by the occurrence of adults of the ocean quahog Arctica islandica. Two distinct groups of stations could be distinguished by cluster analysis based on different water depths, sediment characteristics and macrozoobenthic assemblages. 52 species from the Red List could be observed during this study, with Halcampa duodecimcirrata belonging to the category 1 (critically endangered) and two species belonging to the category 2 (endangered). | Das Jahr 2011 war das vierte Jahr, in dem das biologische Monitoring im deutschen offshore- Bereich (meistens AWZ) der Nordsee durch das IOW im Auftrage des BSH durchgeführt wurde. Es wurde das Phytoplankton (einschl. Chlorophyll a) und Mesozooplankton an 12 Stationen und das Makrozoobenthos an 13 Stationen untersucht. Das Plankton wurde auf 5 Fahrten, das Benthos lediglich auf der Frühjahrs- und Herbstfahrt beprobt. Im Phytoplankton wurden 140 Taxa gefunden, von denen die meisten zu den Kieselalgen gehörten. Bereits im Januar 2011 lag mit 63 Arten eine für den Winter ungewöhnlich hohe Diversität vor. Im gesamten Untersuchungszeitraum von 2008 bis 2011 fanden wir 193 Phytoplankton-Taxa. Die von uns nachgewiesene Art Cyclotella choctawhatcheeana wurde wahrscheinlich bisher für das Untersuchungsgebiet noch nicht berichtet. Einige zuvor recht abundante Arten wie Thalassiosira pacifica, Proboscia indica, Planktolyngbya limnetica, Coscinodiscus granii und Prorocentrum minimum wurde im Jahre 2011 nicht gefunden. Im Jahre 2011 wurde die Frühjahrsblüte mit unserer Probennahme nur an Station DTEND erfasst. Das wurde aus den Jahresgängen der Chlorophyll-Konzentration erkannt, die aus Satellitendaten abgeleitet wurden. Das Chlorophyll-Maximum registrierten wir in unseren Meßdaten erst im August an Station ES1 mit 7,77 mg/m3. Im Zooplankton wurden 139 Taxa im Jahre 2011 registriert, wobei die Arthropoden die häufigste Gruppe darstellten. Im Januar dominierten die calanoiden Copepoden, gefolgt von den Cyclopoiden. Im Sommer wuchs die Gesamtzahl der Taxa in allen Regionen gegenüber der Januar-Situation. Die Abundanz der „Warmwasser“-Cladocerenart Penilia avirostris ist temperaturabhängig und war rückläufig. Die bislang im Gebiet unbekannte Copepodenart Pseudodiaptumus marinus wurde mit drei Exemplaren in der Novemberprobe vor Borkum registriert; sie wurde mit Ballastwasser aus dem Indo-Pazifischen Raum eingetragen. Im Makrozoobenthos konnten im Frühjahr und im Herbst 2011 an 13 Stationen insgesamt 291 Taxa festgestellt werden. Die Artenzahlen schwankten zwischen den Stationen und Beprobungsterminen zwischen 25 (AMRU2-Frühjahr) und 113 (ENTE3-Herbst). Wenn beide Beprobungstermine zusammengefasst wurden, war die Station in der zentralen Nordsee (ENTE3) mit 153 Arten die artenreichste. Im Herbst waren Artenzahl und Besiedlungsdichten höher als im Frühjahr. Die aschefreie Trockenmasse an den Stationen reichte von 1.3 g/m² im Frühjahr bis 111,5 g/m² im Herbst, beises an Station ENTE3, wobei dieser hohe Wert durch das Vorkommen adulter Islandmuscheln (Arctica islandica) bedingt war. Mit Hilfe der Clusteranalyse konnten zwei Gruppen von Stationen unterschieden werden, die sich maßgeblich auf Grund der unterschiedlichen Wassertiefe und Sedimentbeschaffenheit und der einhergehenden unterschiedlichen benthischen Besiedlung voneinander trennten. 52 Arten aus der Roten Liste wurden gefunden. Davon gehörten Halcampa duodecimcirrata der Kategorie 1 (vom Aussterben bedroht), und zwei weitere Arten der Kategorie 2 (stark gefährdet) an.

Description / Table of Contents: The time series on species composition and biomass or abundance of phyto- and zooplankton as well as macrozoobenthos in Kiel Bight, Mecklenburg Bight and the Arkona Sea, existing since 1979, was continued in 2011. The phytoplankton spring bloom developed later than usual after the cold winter; it reached its peak at the end of march/beginning of April 2011 in the western Baltic. At least in the Arkona Sea, it was a classical diatom bloom, but formed by the unusual species Achnanthes taeniata. In Kiel Bight, we found abundant dinoflagellates (Peridiniella danica) and Dictyochophyceae (Verrucophora farcimen). Also these species are rather new and unusual in this area. In the central Baltic, Mesodinium rubrum formed a bloom in May. The cyanobacteria developed already in the first half of July and reached the maximum extent on 12 July 2011. A typical summer diatom bloom could not be found during the cruise in August 2011. In autumn 2011, dinoflagellates were dominating in the western part of the investigation area and diatoms in the Baltic Proper. The chlorophyll a concentrations were highest in spring and confirm that the spring bloom peak was nearly met. Sedimentation records of organic matter in the Arkona Basin over the year 2010 displayed sedimentation maxima in spring and autumn. Due to the low input of resuspended material the total annual flux for the single elements were in the normal range and amounted to 515 mmol C, 59 mmol N, 78 mmol Si and 3.1 mmol P m-2 a-1 at a mass flux of 57 g dry mass m-2 a-1. The total number of mesozooplankton taxa amounted to 56 from the beginning of the BSHfinanced monitoring, with most taxa found in 2011 because of salt water inflow. New neozoans were not found and even no Mnemiopsis leidyi. The sum of maximum concentrations of the taxonomic groups doubled from 2010 to 2011, but the tendency of mesozooplankton abundance since the early 1990s is still declining. Especially larvae of polychaetes increased below the halocline at Darss sill and Kadet Furrow. The concentration of calanoid copepods was about 30.000 ind.*m-3 until 2010, but dropped by 50% in from 2010 to 2011. The 124 species found in the macrozoobenthos in 2011 mark a medium to high diversity in comparison with previous years, because a long-lasting oxygen deficit did not occur in contrast to the years 2002, 2005, 2008 and 2010. The abundances varied in respect to the area between 388 and 7.400 ind./m². The biomass (ash free dry weight) ranged from 1 g/m² to 51 g/m². At the 8 monitoring stations altogether 17 species of the Red List could be observed. As example, the bivalve Macoma calcarea, threatened with extinction in German waters, was found in the Kiel Bight. 3 neozoan species were observed during the 2011 sampling, e.g. the polychaete Marenzelleria viridis in Pomeranian Bight with abundances of 300 – 1200 ind/m2. | Die 1979 begonnene HELCOM-Datenreihe der Artenzusammensetzung und Biomasse bzw. Abundanz des Phyto- und Zooplanktons sowie des Makrozoobenthos wurde im Jahre 2011 in der Kieler Bucht, Mecklenburger Bucht und Arkonasee fortgesetzt. Zur Phytoplankton-Frühjahrsblüte entwickelte sich nach dem kalten Winter 2011 später als sonst und erreichte ihren Höhepunkt in der westlichen Ostsee Ende März/Anfang April. Sie war zumindest in der Arkonasee als klassische Kieselalgenblüte (Achnanthes taeniata) ausgeprägt. In der Kieler Bucht fanden wir bereits starke Beimischungen von Dinoflagellaten (Peridiniella danica) und Dictyochophyceen (Verrucophora farcimen). Diese dominierenden Arten sind für uns relativ neu und ungewöhnlich in dem Untersuchungsgebiet. In der zentralen Ostsee bildete Mesodinium rubrum eine Blüte im Mai. Die Cyanobakterien entwickelten sich bereits in der ersten Juli- Hälfte und erreichte die maximale Ausdehnung am 12. Juli 2011. Eine in früheren Jahren gefundene Kieselalgen-Sommerblüte konnte im August 2011 nicht nachgewiesen werden. Im Herbst 2011 trat eine starke Dinoflagellaten-Dominanz in der westlichen Ostsee und eine Kieselalgenblüte in der eigentlichen Ostsee auf. Die Chlorophyll-a-Konzentrationen waren am höchsten im Frühjahr und bestätigen, dass das Maximum der Blüte recht gut getroffen sein könnte. Die Sedimentation des organischen Materials im Arkonabecken im Jahr 2011 zeigte Maxima im Frühjahr und Herbst. Wegen geringeren Eintrags von resuspendiertem Material lag der vertikale Exportfluss im Gegensatz zum Vorjahr im normalen Bereich und betrug für partikulären Kohlenstoff 515 mmol, für Stickstoff 59 mol, für Silikat 78 mmol und für Phosphor 3,1 mmol m-2 a-1 bei einem Massefluss von 57 g m-2 a-1 Trockenmasse. Die Gesamt-Anzahl der Mesozooplankton-Taxa seit Beginn des BSH-finanzierten Monitoring betrug 56, mit dem höchsten Niveau im Jahre 2011 wegen Salzwassereinstroms. Neue Neozoen wurden nicht gefunden, auch nicht Mnemiopsis leidyi. Der Rückgang der Gesamtabundanz des Mesozooplanktons im Vergleich zu den frühen 90er Jahren blieb in der Tendenz erhalten, obwohl sich der Wert gegenüber dem Vorjahr verdoppelte. Einen wesentlichen Anteil hatten die Polychaeten-Larven, die im März lokal in ungewöhnlich hohen Konzentrationen auftraten, speziell unterhalb der Haloklinen an der Darsser Schwelle und in der Kadetrinne. Bei den calanoiden Copepoden schwankte die maximale Konzentration bis zum Jahre 2010 wenig um die Maximalkonzentration von ca. 30.000 Ind.*m-3, aber sank im Jahre 2011 auf die Hälfte ab. Mit insgesamt 124 ist die Artenzahl des Makrozoobenthos im Jahr 2011 im Vergleich zu den Vorjahren höher, da ein anhaltenden Sauerstoffmangel im Gegensatz zu den Jahren 2002, 2005, 2008 und 2010 nicht beobachtet wurde. In Abhängigkeit vom Seegebiet schwankten die Individuendichten zwischen 388 und 7.400 Ind./m². Bei den Biomassen wurden ebenfalls die zu erwartenden Unterschiede (1 g bis 51 g AFTM/m²) beobachtet. An den 8 Monitoringstationen konnten insgesamt 17 Arten der Roten Liste nachgewiesen werden. Mit Macoma calcarea wurde unter anderem eine im Gebiet sehr selten zu beobachtende Muschel in der Kieler Bucht lebend festgestellt. Der Anteil an Neozoen war 2011 mit 3 Arten gering. Davon ist der Polychaet Marenzelleria viridis hervorzuheben, der in der Pommernbucht zum Teil erhebliche Abundanzen (300 bis 1.200 Ind./m²) erreichte.

Description / Table of Contents: A regional 3-dimensional ecosystem model is presented designed to simulate the nutrient and oxygen dynamics in the Benguela upwelling system. Strong upwelling driven by the southern trade winds supply cold, nutrient rich water. This supports a high primary production and results in a large flux of sinking detritus. Hence, a thick organic-rich mud belt is characteristic for the Namibian continental shelf. Both biological and hydrodynamic processes contribute to the very specific geochemistry on the Namibian shelf. Notably high rates of sulfate reduction in the sediment generate high concentrations of dissolved hydrogen sulfide in the surface sediment layers and may be released intermittently to the water column. Large chemoautotrophic sulfur bacteria thrive on hydrogen sulfide and form conspicuous mats on the sediment. Denitrification and nitrification are important components of the nitrogen cycle and anaerobic ammonium oxidation is known to play a significant role as a nitrogen sink in the Benguela upwelling system. Organisms at higher trophic levels like zooplankton play an important role for mineralisation but also for the vertical and lateral transport of organic matter. The physical model component is MOM-4 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, GFDL). The ecosystem model is a NPZDmodel (Nutrients-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus) and is an extension of the ecosystem model ERGOM (Fennel & Neumann, 2004). Three phytoplankton and three zooplankton functional types are distinguished. All ecologically relevant processes mediated by prokaryotes in this ecosystem are implemented and the environmental conditions (e.g. oxygen concentration, temperature etc.) define the metabolic rates. The regional ecosystem model is tailored to the specific oxygen and sulfur dynamics on the shelf and simulates both processes in the water column and in the sediment. This model has been developed within the GENUS-project (Geochemistry and Ecology of the Namibian Upwelling System) funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF, reference number 03F0497A). It is an endorsed project of the Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research (IMBER). | Es wurde ein regionales 3-dimensionales Ökosystemmodell entwickelt, dass die Nährstoff- und Sauerstoffdynamiken im Benguela Auftriebsgebiet simuliert. Angetrieben durch den Südost- Passat wird kaltes, nährstoffreiches Wasser in die Deckschicht aufgetrieben. Das wiederum ist die Grundlage einer hohen Primärproduktion und totes organisches Material sinkt in hohen Raten in die Bodenschicht ab. Ein biomassereicher Schlammgürtel kennzeichnet die Schelfregion vor Namibia. Sowohl biologische als auch hydrodynamische Prozesse bewirken die sehr spezifischen geochmischen Sedimenteigenschaften auf dem Namibischen Schelf. Insbesondere hohe Sulfatreduktionsraten in den Sedimenten produzieren hohe Schwefelwasserstoffkonzentrationen in den oberen Sedimentschichten und Schwefelwasserstoff kann auch sporadisch in die Wassersäule austreten. Große chemoautotrophe Schwefelbakterien leben von der Oxidation des Schwefelwasserstoffs und bilden auffällige Bakterienmatten auf der Sedimentoberfläche. Denitrifizierung und Nitrifizierung sind wichtige Komponenten des Stickstoffzyklus und Anaerobe Ammoniumoxidation ist eine signifikante Stickstoffsenke im Benguela Auftriebsgebiet. Organismen auf höheren trophischen Ebenen wie das Zooplankton spielen sowohl eine wichtige Rolle in der Mineralisierung als auch im vertikalen und lateralen Transport von organischem Material. Die physikalische Modellkomponente ist MOM-4 (Geophysical Fluid Dynamics Laboratory, GFDL). Das Ökosystemmodell ist ein NPZD-Modell (Nährstoffe-Phytoplankton-Zooplankton-Detritus) und ist eine Weiterentwicklung des Ökosystemmodells ERGOM (Fennel & Neumann, 2004). Je drei funktionelle Gruppen werden für das Phytoplankton und das Zooplankton unterschieden. Alle ökologisch relevanten mikrobiellen Prozesse im Ökosystem sind implementiert und die Umweltbedingungen (z.B. Sauerstoffkonzentration, Temperatur) bestimmen die Umsatzraten. Das regionale Ökosystemmodell ist auf die speziellen Sauerstoff- und Schwefeldynamiken auf dem Schelf zugeschnitten und simuliert sowohl die Prozesse in der Wassersäule als auch im Sediment. Das Modell wurde im Rahmen des Projektes GENUS (Geochemistry and Ecology of the Namibian Upwelling System) entwickelt und ist finanziert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, Förderkennzeichen 03F0497A). Das Projekt ist Teil des internationalen Forschungsverbundes IMBER (Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research).