ALBERT

Description: Vertical phytoplankton distribution, temperol fluctuations and sedimentation rates were studied in the central Baltic Sea during the "Baltic Sea Patchiness Experiment 1986" (PEX'86). Vertical particle flux was measured with free sediment traps deployed at 30 and 60m depth for ten April/May 1986 within the PEX grid (20 x 40 nautical drifting days in miles). In the vicinity of one drifting trap water samples were collected in 10-12 depths down to 70m and vertical profiles of temperature, salinity, beam attenuation and light intensity were measured at three hour intervals. Water samples were analyzed for Chl.a, POC and PON content, dry weight and nutrients. Particulate parameters including the activity of 137 Cs were measured in trap samples. Suspended and sedimented particulates were counted under an inverted microscope. Precision and accuracy of the microscopical counts are discussed and confidence limits are calculated for different spec1es and applied counting schemes. Errors in all cases were smaller than the observed in situ variability. A general description of spring blooms in the central Baltic is given and the particular situation of spring 1986 is summarized. Within the station grid of PEX'86 an anticyclonic eddy was observed in which this study was conducted. Here the phytoplankton had reached peak concentrations and mass sedimentation of diatoms was about to start. The bloom was dominated by Thalassiosira levanderi and Chaetoceros spp. (lOµm size). Achnantes taeniata, Mesodinium rubrum, Gonyaulax catenata and an autotrophic Gymnodinium species (26-30µm) were also abundant. Horizontal patchiness and advection caused greater variability in the distribution of phytoplankton biomass blooms as well as temperature and attenuation during the first days than during the latter half of the investigation period. In four different areas within the PEX grid different developed independently. On still smaller time and space scales, the phytoplankton species composition also changed. The degree of patchiness was different for different species. General concepts explaining vertical distribution patterns of phytoplankton by physical and biological mechanisms are discussed. The species-specific distribution of selected diatoms, dinoflagellates and of the funktionally autotrophic ciliate M.rubrum are described. None of the species were homogeneously distributed although no vertical density stratification was observed. Whereas the diatoms and M.rubrum were present within the whole trophogenic layer, the dinoflagellates were only found in the upper 30m. The vertical distribution was different for concentrations were encountered each at species and different maximum depths respectively. Mechanisms affecting species-specific distribution of mobile and non-mobile phytoplankters in isopycnal layers are discussed in light of the particular situation of this study. Diurnal vertical migration is shown for two dinoflagellates and the phytociliate and triggering factors are discussed. All three species migrated upwards during the day and downwards at night. In its detail, however, the migratory behaviour differed between species and also within single populations. Different strategies of adaptation of phytoplankton to changing environmental conditions are suggested: Wheras diatoms adapt to fluctuations of the light climate by physiological adaptations, mobile organisms have the possibility to stay in an isolume layer. The significance of turbulence, of chainformation and of resting stages in the life cycles of phytoplankton is also evaluated. Trap deployments reveiled that only T.levanderi and Chaetoceros spp. sedimented. Their daily relative sedimentation rates (losses as % of standing stocks) increased over time and were species-specific (for T.levanderi max. 50%). Since part of the T.levanderi population was actively dividing (20% of the standing stock was found as paired cells) their suspended concentration decreased slower than that of Chaetoceros spp., although the daily sedimentation of the latter species was only about 30% of the standing stock. T.levanderi occured in chains in the water column but only single cells were found in sedimented material and paired cells were never found in the trap samples. Chaetoceros spores were rare in the water column and only sporadically collected by the sediment traps. The relative sedimentation rate of all other species was less than 5% per day. The settling velocity of the cells was estimated in different independent ways to be about 40-60m/d. This high sinking speed was attributed to aggregate formation. The results indicate that aggregate formation is not only species-specific but also differs between life-stages within one species. Variability of sedimentation rates on a timescale of hours was high, suggesting a diurnal pattern. Sedimentation did not change the vertical distribution patterns, indicating that cells were sinking with similar rates from all depths. The advantages of a Lagrangian sampling strategy (time series measurements 1n the vicinity of a free drifting buoy) for investigating phytoplankton development in time are evaluated and compared to a sampling at a moored station (Eulerian approach). In an environment that exhibits an intense patchiness even at spatial scales of lOOm, as encountered in this study, the influence of advection and patchiness on a time-series with a resolution of hours to days can not be neglected even if the Lagrangian approach is followed. Furthermore, in this study the variability of var1ous parameters measured in an Eulerian mode was not generally higher than that following the Lagrangian one, as one would have expected.

Description: Es wurden moderne Methoden auf ihre Eignung zur Bestimmung von Fischlarven untersucht. Als Vorbereitung auf die Bestimmung wurden Formen und proportionales Wachstum von Fischlarven der Nordsee und angrenzender Gebiete untersucht. Dazu wurden an 831 Fischlarven aus 33 Arten und 18 Familien die folgenden Messungen durchgeführt: Standardlänge, Präanallänge, Präorbitallänge, Präpektorallänge, Augendurchmesser, Orbitalhöhe, Pektoralhöhe, Analhöhe, Pektoralbreite und Analbreite. Aus den Messungen wurde das Volumen der Larven errechnet. Die Formen von Larven mit einem Volumen zwischen 3 und 5 μl wurden verglichen. Es ergaben sich vier deutlich getrennte Formgruppen: "eel-like", "fusiform", "deep + compressed" und "tadpole-like". Bis auf die Gruppe "fusiform" zeigten alle Gruppen allometrisches Wachstum bei bestimmten Körperproportionen. Die mögliche ökologische Bedeutung dieser Gruppen wird diskutiert. Es wurden drei computergestützte Bestimmungssysteme entwickelt und getestet: Ein numerisches System, ein Expertensystem und eine moderne Datenbank. Als Beispiel einer Methode der numerischen Taxonomie wurde die Quadratische Diskriminanzanalyse untersucht. Dazu wurden aus den durchgeführten Messungen die Diskriminanzfunktionen errechnet und unbekannte Larven zunächst einer Formgruppe und dann einer Art innerhalb der Formgruppe zugeordnet. Die richtige Zuordnung bei dieser Methode betrug 82 % . Die numerische Taxonomie scheint damit zur Bestimmung von Fischlarven grundsätzlich geeignet zu sein. Allerdings ist zweifelhaft, ob genügend Fischlarven (30 - 100 pro Art) zum Aufbau des Systems erhältlich sind. Aufbauend auf dem HALBEISEN-Schlüssel zur Bestimmung von Fischlarven der Nordsee und angrenzender Gebiete wurde das Expertensystem IDEXSYS entwickelt. Es kann als moderne Form traditioneller Bestimmungsschlüssel betrachtet werden. Expertensysteme erweisen sich damit als gut geeignet zur Bestimmung von Fischlarven. Mit einem modernen Datenbankprogramm wurde ein Such- und Eingabeformular mit etwa 80 Merkmalen entwickelt. Alle in der Nordsee und den angrenzenden Gebieten vorkommenden 126 Fischlarvenarten wurden auf diese Merkmale überprüft und in die Datenbank eingegeben. Der Test des Systems ergab, daß durchschnittlich nur drei Merkmale zur Bestimmung einer Fischlarve erforderlich waren. Bei einem Vergleich der Methoden wird für die Bestimmung von Fischlarven dem Datenbanksystem der Vorzug gegeben.

Description: In der vorliegenden Arbeit wurde zum erstenmal ein Enzym aus Euphausia superba bis zur Homogenität gereinigt und ein darauf spezifisch reagierender Antikörper gewonnen. Mit Hilfe des Antikörpers konnten die beiden Isoenzyme NAGase B und C eindeutig voneinander unterschieden werden. Außerdem wies der Antikörper eine hohe Kreuzreaktivität zu NAGase III aus M. norvegica auf, einer Euphausiacee aus dem Kattegat. Dieser Sachverhalt spricht für eine große strukturelle Ähnlichkeit der NAGasen aus E. superba und M. norvegica, deren genauere Untersuchung Gegenstand zukünftiger Analysen sein muß. Für NAGase Bund NAGase C wurden im Zuge der Reinigung einige charakteristische Eigenschaften ermittelt, die dafür sprechen, daß es sich bei den beiden Enzymen um Isoenzyme handelt. Weiterhin wurden Hälterungsexperimente am antarktischen Krill hinsichtlich der Enzymeigenschaften Substrataffinität und Aktivierungsenergie ausgewertet. Hierbei zeigte sich, daß weder die Substrataffinität noch die Aktivierungsenergie eine temperaturabhängige Änderung erfahren. Die quantitative Enzymregulation soll in Zukunft mit noch zu entwickelnden Immuntests untersucht werden.

Description: Abstract The 26"1 voyage of RV METEOR to the North Atlantic, the Skagerrak, the Norwegian, East Greenland and Barents Seas consisted of three legs whose research programs served several . large integrated, and multi-disciplinary projects. During the first leg, M 26/1, the programs were related to WOCE (World Ocean Circulation Experiment), specifically the North Atlantic overturning rate determination and to the JGOFS project (Joint Global Ocean Flux Study). Of seven WOCE moorings three (M2, El and E2) had to be dredged because of release problems and/or possible loss of buoyancy. Two of them (F2 and W2) released and surfaced as planned; another two moorings (D2 and AZ) could not be located for different reasons. Hydrographic parameters for characterization of water masses were also obtained at all sites as well as at those of the JGOFS moorings (Ll, L2, L3). All three of these were successfully redeployed during M 26/1 after they had been recovered in early summer of 1993 by the deep submersibles MIR. Throughout most of M 26/1, a continuous and contamination-free pumping system was deployed and a composite transect of chemical parameters measured. Among them are the nutrients, organic acids, biomarkers and trace elements. They are important basic data for several of the JGOFS subprojects which examine the interaction of dissolved and particulate trace constituents in relation to seasonal and meridional particle production and flux. During the second and third legs, M 26/2 and M 26/3, the research programs served the Sonderforschungsbereich 313 (Environmental Change in the northern North Atlantic) as well as those of two European Community projects SEEP (Gas and Water Seepage on the European Continental Margin) and ENAM (European North Atlantic Margin). Other projects, addressing the well-known cold water carbonates of the Norwegian Sea (Boreale Flachwasserkarbonate) and the history of post-glacial rebound of the Scandinavian shield (Hebungsgeschichte Skandinaviens), were also part ofM 26. The SFB-work concerned two long-term sediment trap moorings in the Norwegian and Greenland Basins, the first of them was successfully recovered and redeployed, the second one failed to surface. Work on the Norwegian, East Greenland, and Barents Sea margins yielded many miles of shallow subsurface acoustic images, sufficient core material, surface samples, hydrographic, plankton and benthos samples to serve the needs of five of the eight SFB-subprojects. The micropaleontological and planktological assemblages of these samples were further characterized by environmental parameters like nutrients, salinity and temperature, from throughout the water column. The objectives concerned reconstruction of Late Pleistocene temperatures, rates and controls of production of benthic and pelagic biogenic carbonates and formation and imprinting of geophysical signals. (...)

Description: Fünf verschiedene Methoden zur Bestimmung der Abbauraten organischer Substanz im Sediment wurden gleichzeitig auf rezentes schlicksandiges Material aus der Kieler Bucht angewandt und die Mineralisation organischer Substanz in Gramm Kohlenstoff pro Quadratmeter Sedimentoberfläche und Tag (g C*m-2*d-1) errechnet. Dabei wurde zwischen mikrobiologischen Methoden (2) sowie direkten und indirekten Bestimmungen (3) unterschieden. Die in vitro ermittelten Werte der unspezifischen wie der succinatspezifischen ETS-Aktivität sind im Vergleich mit den Eintragsraten organischen Materials ins Sediment und im direkten Vergleich mit den anderen Verfahren deutlich höher und deuten darauf hin, daß mit Hilfe dieser Methode keine direkten Aussagen über den in situ-Abbau gemacht werden können. Zudem weist diese Methode eine Reihe anderer Schwächen auf. Die zweite mikrobiologische Methode, die auch unter Laborbedingungen ausgeführte Messung des Umsatzes radioaktiv markierten Acetats in vivo, ergibt in Relation zur ersten deutlich niedrigere Werte, die allerdings auch noch über dem vertikalen Jahres-Input organischen Kohlenstoffes (40-50 g für die zentrale Kieler Bucht) in das Benthal liegen, und leidet ebenfalls unter methodischen Unzulänglichkeiten. Die direkte Mikrokalorimetrie, also die Bestimmung der Wärmeproduktion des Sedimentes, kommt ebenfalls auf eine nicht erklärbare, im Vergleich mit den Potentialmethoden aber geringere Überschätzung der Kohlenstoffmineralisation relativ zur jährlich eingetragenen Menge, ist aber gleichzeitig die umfassendste angewandte Methode, da sämtliche Stoffwechselaktivitäten über ihre Wärmefreisetzung erfasst werden. Als Vorteile kommen weiterhin die geringe Beeinflussung des Sedimentes und die Messung bei in situ-Temperatur hinzu. Die drei in jeweils viertägigem Abstand gemachten Messungen ergaben abnehmende Wärmeproduktionswerte mit zunehmender Hälterungszeit, wobei die dritte Messung eine um 25 % niedrigere Wrmeproduktion aufwies als die erste. Die klassische Methode der Messung der Sauerstoffzehrung von Sedimentkernen erbrachte im Vergleich mit der jährlichen Corg-Zufuhr realistische Werte, die noch per Addition der mittels Porenwasserflüsse berechneten Abbauraten durch Denitrifikation und Sulfatreduktion ergänzt wurden und dann etwa 80% des Ergebnisses der Mikrokalorimetrie erklären konnten. Der geochemische Ansatz, Mineralisationsraten über die Porenwasserflüsse zu ermitteln, führte in dieser Arbeit zu durchaus mit der Menge zugeführten organischen Materials vergleichbaren Ergebnissen, wobei besonders die Addition der Mineralisationsraten, die durch den Sulfat- und den Stickstofffluß erhalten wurden, brauchbare Werte lieferte. Diese ließen sich auch gut mit den im Kalorimeter gewonnenen Daten vergleichen, da sie rund 67% der Kalorimetriewerte erklären konnten. Die Abschätzung des Kohlenstoffflusses wurde nur über das Bicarbonation ausgeführt und die Ergebnisse deuten nur auf geringen Abbau organischer Substanz im Sediment hin. Eine Ergänzung durch die Betrachtung der anderen am Carbonatgleichgewicht beteiligten Spezies und eine Korrektur für die heterotrophe CO2-Fixierung konnte zu wirklichkeitsnäheren Resultaten führen.

Description: During summer 1993 the expedition TRANSDRIFT I with the russian R/V 'Ivan Kireyev' was carried out in the Laptev Sea (Northern Siberia, Arctic Ocean). Aims of the expedition included the detection of accumulation areas of sediment discharge and to get some ideas of the interaction of ice and seafloor in this shallow shelf region. To characterise the modern siliciclastic surface sediments in the Laptev Sea and to map the accumulation areas of the sediment discharge, detailed granulometric studies were carried out on 48 surface samples. At the same time, side-scan profiles were analysed to get ideas of drift pattem and distribution of grounded ice. The sediment distribution pattems show that the westem Laptev Sea is dominated by relict delta sands. Accumulation areas of the sediment discharge, which was contribute to the western Laptev Sea by rivers seem to be restricted to valleys formed during Pleistocene time. In the eastern Laptev Sea and especially in the south-east, surface sediments are dominated by silt and clay. These fine-grained sediments trace the modern deposition areas of sediment discharge of the great river systems Lena and Yana in the eastem Laptev Sea. In some shelf samples, a depression (ca. 1 Phi wide) in the grain size distribution within the silt fraction around 6 Phi, may give a first hint of ice formation processes in some regions of the Laptev Sea. Analyses of side scan sonar records show no dominant direction of ice gouges in the Laptev Sea, indication a rather random drift direction. However, over wide spread areas in the Laptev Sea ice gouging is a significant geological agent influencing the sediment pattem by resuspension and bulldozing.

Description: The occurrence of methane in the marine water column and in marine surface sediments and its involvement in the biogeochemical processes are discussed on the basis of results obtained from various surveys. Distributions in the water column were examined in the North Atlantic, in the SE Pacific, and in the Sea of Okhotsk. For the determination of methane in seawater, a widely used degassing method employing vacuum was improved and a reproducible efficiency factor was established. Investigations on the abundance and behaviour of methane in sediments were performed on cores recovered from different areas in the North Atlantic. In the central Barents Sea, a pockmark field extending over 35 km2 was re-surveyed and documented to be covered with more than 30 steep-sided craters that are thought to have been formed by an explosive gas eruption. Anomalously high concentrations of methane in the shelf waters around the craters suggest that they are still active today. Methane enrichment more than 10 km away from the crater field indicates the large dimensions of a plume and the amount of gas released from sources at the sea bottom. From the shape of methane profiles it is concluded that methanotrophic organisms are removing the methane within the water column by some 98 % between 300 m depth and the sea surface. Degassing to the atmosphere appears minimal based on the subsurface concentrations but is likely to increase seasonally when rough weather leads to more effective vertical mixing during autumn and winter. The amount of methane consumed in the water column, however, is about fifty times greater and hence should significantly contribute to the marine carbon and carbon isotope inventory. In the eastern Equatorial Pacific off Peru, methane measurements were performed in the sea-air boundary layer and simultaneously in the overlying air along two ransects. The results show surprising small-scale reversals of the methane exchange between ocean and atmosphere in this region. Generally, the ocean acted as a source of methane, however, at some locations as a sink. This was mainly a consequence of high CH4 concentrations in the air which deviated considerably from the global average of 1. 7 ppmv. The implications are that even ocean areas with high concentrations of dissolved CH4 can be considerably weaker sources than would be expected on the basis of the mean atmospheric content. Based on improved simultaneous analyses of both air and water samples, the ocean-atmosphere flux of methane would therefore be more dynamic than previously thought. Observations in the surface waters of the western Sea of Okhotsk are evaluated in terms of methane exchange rates and are used to assess the magnitude of seasonal variations of methane fluxes from the ocean to the atmosphere in this area. Methane concentrations northeast of Sakhalin were observed to range from 310 nmol · l-1 under the ice cover in winter to 5 nmol · l- 1 in the ice free mid summer season. The magnitude of supersaturations indicates that this part of the Okhotsk Sea is a significant source for atmospheric methane. From the seasonal variation of the supersaturations in the surface waters it is evident that the air-sea exchange is interrupted during the winter and methane from sedimentary sources accumulates under the ice cover. An initial early summer methane pulse into the atmosphere in the order of 450 mol · km-2 • d-1 can be expected when the supersaturated surface waters are exposed by the retreating ice. The magnitude of the CH4 flux variation NE of Sakhalin corresponds to an amount of 6.8 x 105 g · km-2 whereby 72 % or 4.9 x 105 g · km-2 are supplied to the atmosphere between April and July. For the whole Sea of Okhotsk the annual methane flux is roughly 0.2x 1012 g (Tg). Variations of long-term data of atmospheric methane which are recorded at the same latitude adjacent to areas with seasonal ice covers are reflecting a regional methane pulse between April and July. The large-scale level of atmospheric methane in the northern hemisphere undergoes an amplitudinal variation of about 25 ppbv which translates into approx. 36 Tg. Thus the estimated 0.8 Tg of ice-induced methane dynamics in northern latitudes can hardly explain this seasonal signal. However, the effects of seasonal ice cover on pulsed release of methane appear strong enough to contribute in concert with other seasonal sources to charac11eristic short-term wobbles in the atmospheric methane budget which are observed between 50° N and 60° N. Surface sediments recovered from various depositional environments in the North Atlantic were examined for geochemical processes indicating methane generation and consumption. Analyses of extracted pore fluids and of desorbed gases were performed on 15 cores recovered during three cruises with RV METEOR between 1990 and 1993 in order to seek methane accumulations in surface sediments indicative on the one hand for CH4 injection from subsurface seeps and on the other for the influence of CH4 on early diagenesis. Regardless of environment and methane source, all recovered sediments exhibit the same low level of methane concentrations of about 50-550 ppb often observed at suboxic and oxic conditions. Also, the methane shows uniform enrichment in the heavy stable isotopes 13C and 2 H which is either an indication for relatively small CH4 reservoirs being depleted by aerobic microbial oxidation or points to a thermogenic source of the methane, even though several of the sites are clearly not known hydrocarbon provinces. Hence, influence on these different environments by advections of methane from either deep thermogenic or biogenic sources seems doubtful. Low CH4 contents and the shape of concomitant profiles of εCO2 , SO4 2- and NO3 also cast doubt on significant advective transport processes. The isotopic signals indicate suboxic and aerobic microbial methane consumption, while oxidation rates and methane gradients between the sediment surface and the bottom water require a process which simultaneously supplies methane. Based on these apparently contradicting indications it is suggested that microbially mediated formation and oxidation of methane are taking place simultaneously in oxic and suboxic environments. Both processes could possibly maintain an effective recycling of organic matter in surface sediments with methane at concentrations around to 50-500 ppb serving as an intermediate compound.

Description: Vom 9. Juli bis zum 16. August 1987 wurden im Rahmen der "Polarstern"-Expedition ARK IV/3 zwischen 81°30'N und 86°N entlang zweier Schnitte durch das Nansen-Becken auf zwölf Stationen Vertikalfänge (500-0 m) mit einem Mehrfachschließnetz (Maschenweite: 300 μm) durchgeführt. Die Probennahme fand in dichtem Packeis statt. Das Untersuchungsgebiet umfaßte drei hydrographische Zonen: den 1) Bereich des atlantischen Randstromes im Süden, den 2) zentralen Beckenbereich und den 3) Bereich des nördlichen Randstromes an der Südflanke des Nansen-Gakkel-Rückens. Im zentralen Nansen-Becken befand sich auf 83°N eine ausgeprägte ozeanographische Front. Alle in den fixierten Fangproben enthaltenen Metazooplankter wurden soweit als möglich bestimmt. Neben den Abundanzen wurden mit Hilfe selbst erstellter Längen-Gewichts-Beziehungen für den größten Teil der Arten Biomassebestände und -konzentrationen berechnet. Bei vier dominanten Copepodenarten wurden alle Copepoditstadien einzeln erfaßt und Weibchen auf ihre Ovarienreife hin untersucht. Für nicht zu den Copepoden gehörende dominante Arten wurde die Längenverteilung innerhalb des Untersuchungsgebietes detailliert dargestellt. Anhand der Clusteranalyse und der Multidimensionalen Skalierung wurde die räumliche Zonierung der Planktonfauna und die Ähnlichkeit von Verteilungsmustern einzelner Arten untersucht. Insgesamt konnten 47 Arten und acht nicht bis zur Art bestimmte Taxa im Probenmaterial identifiziert werden. Die Mehrzahl der Organismen war mit Großen zwischen 0,5 und 20 mm dem Mesozooplankton zuzurechnen. Mehr als die Hälfte der Arten kam auf allen Stationen vor, die höchste Artenzahl (34-38 Arten/Station) wurde im Bereich der ozeanographischen Front bei 83°N festgestellt. Im Polaren Oberflächenwasser traten deutlich weniger Arten auf als in der Atlantischen Schicht, zwischen 500 und 200 m waren bis auf eine Ausnahme alle Arten vertreten. Knapp ein Drittel aller Arten gehörte der Arktischen Fauna an. Der durchschnittliche Individuen- und Biomasse-Gesamtbestand war auf den südlichsten, schelfnahen Stationen mit ca. 34000 n/m2 bzw. 5 g/m2 mehr als fünfmal bzw. dreimal höher als im nördlich von 83°N gelegenen zentralen Teil des Nansen-Beckens. Die höchsten durchschnittlichen Individuen- und Biomassekonzentrationen traten innerhalb der obersten 25 m auf, zwischen 500 und 200 m wurden nur noch 20 bzw. 10% dieser Werte festgestellt. Der Schwerpunkt der Biomasseverteilung verlagerte sich mit steigendem Abstand zum Schelfabhang der Barentssee in geringere Wassertiefen. Zwischen 81° 30'N und 82°N lag knapp die Hälfte des gesamten Biomassebestandes unterhalb von 200 m in der Schicht des Atlantischen Wassers vor, nördlich von 85°N konzentrierten sich zwei Drittel der Biomasse oberhalb von 50 m in der Schicht des Polaren Oberflächenwassers. Copepoden dominierten im gesamten Untersuchungsgebiet, ihr durchschnittlicher Anteil an der Artenzahl lag bei knapp 50%, die Anteile am Individuen- und Biomasse-Gesamtbestand erreichten 85%. Calanus finmarchicus übertraf mit einem durchschnittlichen Anteil am Individuen- und Biomassebestand von 20% bzw. 35% alle anderen Arten deutlich. Mehr als 90% aller Individuen hielten sich südlich von 83° N auf. Die drei Calanus-Arten C. finmarchicus, C. glacialis und C. hyperboreus stellten zusammen zwei Drittel des gesamten Biomassebestandes. Im nördlichen Teil des Nansen-Beckens herrschten Metridia longa und C. hyperboreus nach der Häufigkeit und Biomasse vor. Darüber hinaus nahm dort die Bedeutung bathypelagischer Arten erheblich zu. Chaetognathen und Ostracoden stellten nach der Häufigkeit und Biomasse die wichtigsten Tiergruppen auBerhalb der Copepoden dar. Bei vielen Arten zeigte sich mit steigender Entfernung vom Schelfabhang der Barentssee eine Abnahme des Anteiles an Jungtieren. C.finmarchicus kann sich im zentralen und nördlichen Nansen-Becken wahrscheinlich nicht erfolgreich fortpflanzen, junge Copepodite und reife Weibchen fehlten dort nahezu vollständig. Auch für die Ostracodenart Conchoecia elegans und die Chaetognathenart Sagitta elegans stellt das zentrale Nansen-Becken vermutlich nur noch ein steriles Zerstreuungsgebiet dar. Die Ergebnisse der Gemeinschaftsanalyse wiesen insgesamt auf eine graduelle Wandlung der Planktonfauna von Süden nach Norden hin, lediglich im Bereich der ozeanographischen Front bei 83° N machten sich deutlichere Veränderungen bemerkbar. Die Gemeinschaft des südlichen Nansen-Beckens stand unter dem Einfluß des Atlantischen Randstromes und glich in der Zusammensetzung dem Zooplankton der weiter östlich gelegenen Gebiete des eurasischen Kontinentalabhanges. Nördlich der Front prägte vorallem der Transpolare Driftstrom den Charakter der Gemeinschaft, die bereits eine nahe Verwandtschaft zur Planktonfauna des zentralen Nordpolarmeeres und des Ostgrönlandstromes erkennen ließ. Der Anteil subarktisch-borealer Arten am Individuen- und Biomassebestand war deutlich vermindert, omnivore Arten stellten mehr als die Hälfte aller Individuen. Zwischen 82 und 83° N überschnitten sich die Gemeinschaften des südlichen und nördlichen Nansen-Beckens. Die südliche Gemeinschaft erstreckte sich im Oberflächenwasser bis in den Frontenbereich, die nördliche Gemeinschaft war in größeren Tiefen auch südlich der Front nachweisbar. Anhand der horizontalen und vertikalen Verteilungsmuster der einzelnen Arten lieBen sich mit Hilfe der Clusteranalyse drei Hauptgruppen unterscheiden: 1) Arten mit einem im Süden gelegenen und flachen Verteilungsschwerpunkt, 2) Arten mit einem im Süden gelegenen und tiefen Verteilungsschwerpunkt sowie 3) Arten mit einem im Norden gelegenen und tiefen Verteilungsschwerpunkt. Subarktisch-boreale Arten gehörten vorwiegend den Gruppen 1 und 2 an, weitverbreitete und kosmopolitische Arten der Gruppe 3. Die arktischen Arten ließen sich dagegen keinem bestimmten Verteilungsmuster zuordnen. In der Diskussion wird die Verteilung arktischer, subarktisch-borealer und weitverbreiteter Arten wahrend ARK IV /3 mit Angaben zur Biologie und Verbreitung dieser Arten in anderen Teilen des Arktischen Ozeans und angrenzenden Meeresgebieten verglichen. Viele Arten, die sich im zentralen Nordpolarmeer bevorzugt innerhalb des Polaren Oberflächenwassers aufhalten, kamen im südlichen Nansen-Becken in größeren Tiefen vor und wiesen damit deutlich auf eine Beziehung zum Einstrom des Atlantischen Wassers hin. Ungewöhnlich hoch für die normalerweise von herbivoren Arten dominierten polaren Meeresgebiete war der Anteil omnivorer Arten am Individuenbestand. Die Individuen- und Biomassebestände des Mesozooplanktons im südlichen Nansen-Becken waren in der Größenordnung mit denen der östlichen FramstraBe vergleichbar. Die im zentralen und nördlichen Nansen-Becken festgestellten Biomassewerte lagen höher als die meisten der bisher bekannten Angaben für das Eurasische und Kanadische Becken. Eine auf den Flußraten des Ostgrönland- und Westspitzbergen-Stromes basierende Bilanzierung des Zooplanktonaustausches ergab, daß jährlich ca. 0,1-0,2 Millionen Tonnen Trockengewichtsbiomasse aus der Framstraße in das Nordpolarmeer (Netto-Import) transportiert werden, der Anteil dieses Eintrages am Gesamtbestand des Metazooplanktons im Nordpolarmeer liegt in der Größenordnung von 5-10%.

Description: Five populations of the circumpolar arctic-alpine lichen species Cetraria nivalis were compared with respect to their CO2 gas-exchange, water relations and morphology I anatomy. The populations were sampled along latitudinal and altitudinal gradients, covering a broad range of macroclimatic conditions (from the temperate to the arctic climatic zone). The native sites were: Mount Glungezer (Austrian Alps), Vickleby-Alvar (Öland, southern Sweden), Abisko (northern Swedish Lapland), Mount Slattatjakka (northern Swedish Lapland) and Ny Alesund (Svalbard). In addition, provenances of the same origin, transplanted in 1983/84 to a site at the Scientific Research Station in Abisko (ANS), were investigated to examine possible plastic acclimations or ecotypic differentiation. CO2 gas-exchange response to light, temperature and thallus water content were measured in the laboratory and in the field by means of infrared gas analysis. Also the water relations, by means of desiccation series, water vapour uptake measurements from humid air and diurnal courses of thallus water content under different environmental conditions, were examined by combining field and laboratory measurements. Further, a microclimatological comparison of the different field sites was carried out recording the parameters photosynthetic active radiation, air temperature, relative air humidity and wind speed 30 cm above ground surface. Comparison of the microclimate at the 30 cm level with that at lichen level (2 cm above the ground) did not show significant differences during periods of lichen activity, i.e. mostly cool, moist and overcast conditions. Morpholgical/anatomical investigations on freeze-microtom sections supported some of the physiological results regarding water relations and CO2 gas-exchange of the different populations. With respect to CO2 gas-exchange parameters, water relations, chlorophyll content and some morphological and anatomical features of the Cetraria nivalis populations, two groups were defined: a "southern" group, containing the populations from Glungezer and Öland, and a "northern" group, containing the populations from Abisko, Slattatjakka and Svalbard. The transplanted Cetraria nivalis provenances showed still after 5-6 years of cultivation at ANS differences in CO2 gas-exchange response parameters (Ic, Is, Hopt, He, Tc, Topt, Pmax). Also variations in water storage capacity (Hmax) were found. These results indicate ecotypic differentiation. There was a general tendency of increasing net photosynthetic rates (expressed as mg CO2 g DW-lh-1) towards the higher latitudes. Regarding the CO2 gas-exchange response of the native populations this tendency was reverse, i.e. net photosynthetic rates (expressed as mgCO2 gDW-lh-1) were highest in the population of Öland and decreased towards the higher latitudes and altitudes. Also chlorophyll content was decreasing with latitude. An important factor for the interpretation of these gas-exchange results was therefore the choice of the relation basis (either dry weight or chlorophyll content). Obtained differences in net photosynthetic rates between the native populations when gas-exchange was expressed as mgCO2 gDW-lh-1 could partly be diminishued or eliminated if expressed as mgC02 mgChl-lh-1. This indicated a higher efficiency per unit chlorophyll of the algal photosynthetic apparatus of the subarctic and arctic populations. The CO2 gas-exchange data obtained in the field showed higher variation than those from laboratory measurements, but were generally in the same order of magnitude. The Chla/b ratio of the population from Öland was about twice as high as that of the other populations. This fact, a high light compensation point and light saturation value, a thicker cortex and a thicker algal layer suggested to be an adaptation to higher irradiances as it is found in sunleaves or sun forms of vascular plants. With respect to water relations, the subarctic and arctic populations showed a higher water storage capacity and higher water holding capacity (slower desiccation rate) than the alpine and temperate populations. This was explained by anatomical differences (thicker medulla) and by habitat differences (e.g. dryness of habitat). A productivity model for Cetraria nivalis from Abisko gained from data of the snowfree months May to September 1990, 1991 and 1992 was calculated using laboratory gasexchange data, results of field and laboratory water relation measurements and mesoclimatic data from the automatic weather station at ANS. This model shows a considerable gain of carbon in almost all months (ranging between 0.73 and 5.72 g C kg c-1), which is assumed to be necessary to balance expected respiration losses during the dark period in autumn and winter in the Subarctic and to grow. It is concluded from these results that the investigated Cetraria nivalis populations are different ecotypes. However, besides a genetical differentiation there seems to be a considerable degree of physiological plasticity, as shown in seasonal differences. The ecotypic differentiation can be interpreted on the basis of plant history, i.e. by survival of the Pleistocen galciation periods in different refugia and by re-immigration patterns after the retreat of the ice, which has resulted in the recent disjunct main distribution areas of Cetraria nivalis in different climatic regions.